遷移金属硫化物におけるナトリウム含有型活物質モデルの新規構築

过渡金属硫化物含钠活性材料模型的新构建

基本信息

批准号：
20J23722
负责人：
奈須滉
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までの検討で、高容量で長期サイクル可能な電正極活物質としてNa2FeS2を開発した。本年度では、電池全体の特性向上のボトルネックとなっている、活物質―固体電解質界面の特性向上の取り組みを行なった。一般的な固体電解質としては、イオン伝導度が高いNa3PS4が利用されているが、負極側界面で厚い界面反応相を形成し、電池性能が劣化することが報告されている。一方で、Na3BS3を利用した場合に、界面反応相の生成を抑制し、電池性能が劣化しづらいことを報告してきた。ここから本年度は、界面反応相の電子およびイオン伝導度が劣化要因を決定づけると考え、その組成を制御することが負極活物質との安定な界面形成を可能な固体電解質の設計に有効であることを明らかにした。具体的には、13~15 族の典型元素 M を中心とする固体電解質NaxMS4において、ナトリウム金属の溶解・析出反応の可逆性について評価し、その界面安定性の原因について解析をした。界面反応相において、Na2S に加えてナトリウムとの化合物Na-Mを生成する場合に、Na-Mの電子・イオン伝導性によって、界面反応の促進と界面の電荷移動の阻害が生じることを明らかにした。ここから、中心元素の選定によってNa-Mを生成しない元素(B, Al, Si)を利用することで、安定な界面設計が可能であることがわかった。特に、Na4SiS4 ガラス電解質が、高い界面安定性を示し、3×10-5 S cm-1 の高いイオン伝導度を示すことから、還元耐性の高い有望な固体電解質であることを見出した。また、Na4SiS4 ガラスを負極側固体電解質として利用した全固体ナトリウム電池では、室温で1C 以上の高速な充放電が可能であることを明らかにした。以上から、全固体ナトリウム電池の高性能化に向けて、活物質の探索とその最適化に向けた取り組みにおいて進捗をもたらせた。

通过截至去年的研究，我们开发了Na2FeS2作为具有高容量和长期循环性能的正极活性材料。今年，我们致力于改善活性材料-固体电解质界面的特性，这是提高整个电池特性的瓶颈。 Na3PS4具有高离子电导率，通常用作固体电解质，但有报道称，它会在负极侧界面形成厚的界面反应相，从而使电池性能恶化。另一方面，据报道，当使用Na 3 BS 3 时，界面反应相的产生受到抑制，并且电池性能不太可能劣化。从这一点开始，今年，我们认为界面反应相的电子和离子电导率决定了劣化因素，控制其成分对于设计能够与负极活性材料形成稳定界面的固体电解质是有效的。揭示了。具体而言，我们评估了以13-15族典型元素M为中心的固体电解质NaxMS4中钠金属溶解和沉淀反应的可逆性，并分析了其界面稳定性的原因。在界面反应阶段，当除了Na2S之外还与钠生成化合物Na-M时，发现Na-M的电子和离子导电性促进了界面反应并抑制了界面处的电荷转移。由此可知，通过选择中心元素并使用不生成Na-M的元素(B、Al、Si)，可以进行稳定的界面设计。特别是，我们发现Na4SiS4玻璃电解质是一种有前途的具有高抗还原性的固体电解质，因为它具有高界面稳定性和3×10-5 S cm-1的高离子电导率。此外，我们还发现使用Na4SiS4玻璃作为负极固体电解质的全固态钠电池可以在室温下以1C或更高的速度进行高速充放电。综上所述，我们在活性材料的寻找和优化以提高全固态钠电池的性能方面取得了进展。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Mechanochemically Prepared Highly Conductive Na2.88Sb0.88W0.12S4-NaI Composite Electrolytes for All-Solid-State Sodium Battery

机械化学制备高导电Na2.88Sb0.88W0.12S4-NaI全固态复合电解质

DOI：
10.5796/electrochemistry.22-00016
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.5
作者：
TAKAYANAGI Takuma;NASU Akira;TSUJI Fumika;SAKUDA Atsushi;TATSUMISAGO Masahiro;HAYASHI Akitoshi
通讯作者：
HAYASHI Akitoshi

Mechanochemical synthesis and characterization of Na3-xP1-xWxS4 solid electrolytes

Na3-xP1-xWxS4固体电解质的机械化学合成与表征

DOI：
10.1016/j.jpowsour.2021.230100
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
9.2
作者：
Tsuji Fumika;Nasu Akira;Sakuda Atsushi;Tatsumisago Masahiro;Hayashi Akitoshi
通讯作者：
Hayashi Akitoshi

全固体ナトリウム二次電池おける非晶質 MoS3の電極特性評価

全固态钠二次电池中非晶MoS3电极性能评价