液相複合化による全固体Li二次電池での高容量正極反応の制御

液相复合控制全固态锂二次电池高容量正极反应

基本信息

批准号：
21K14716
负责人：
引間和浩
金额：
$ 3万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では核成長法などの液相法により正極複合体を作製し、全固体電池での高容量の発現を目指している。2022年度は電子伝導性の低い正極活物質へ適用を見据えて、導電助剤を従来の短尺CNT(VGCF)から長尺CNTへ変更することを検討した。また、液相複合化を適用できる正極活物質材料の多様化を見据えて、Li2FeSO正極活物質に関する検討も進めた。2021年度までの検討として、前駆体溶液中で導電助剤VGCFを添加して、正極複合体（LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極活物質/Li7P2S8I固体電解質/導電助剤VGCF）を作製することで、得られる放電容量が増加することを明らかにした。2022年度では、最適化した複合化方法を用いて、導電助剤無添加、長尺CNT 0.3 wt%添加、VGCF 0.3 wt%添加、VGCF 3 wt%添加した複合体を作製し電子伝導度を評価したところ、それぞれ1.92×10-6 S cm-1、1.48×10-2 S cm-1、2.18×10-6 S cm-1、2.31×10-2 S cm-1を示した。長尺CNTを用いた複合体では、VGCFに比べ1/10の添加量で同程度の電子伝導度が得られた。長尺CNTでは極微量でも正極層内に3D導電ネットワークが形成され、電子伝導度が大幅に向上したと考えられる。また、2021年度にアンチペロブスカイト型Li2FeSO正極活物質が、優れた全固体電池特性を示すことを明らかにした。2022年度では優れた電池特性に寄与するメカニズムの解析を進めた。インデンテーション試験より、Li2FeSOは硫化物系固体電解質に近い弾性率を示し、硫黄を含むことに由来する優れた力学物性を有することが分かった。また、断面SEM像より、高活物質充填率(90 wt%)においても、空隙が少なく緻密体を形成していることが分かった。また、EDSマッピング像より、活物質由来のFeの周りに固体電解質由来の成分であるClやPが分布し、イオン伝導パスを形成していることが明らかとなった。以上の断面微構造が、優れた全固体電池特性に寄与していると考えられた。

在这项研究中，我们的目标是使用核生长法等液相法制造正极复合材料，并开发高容量的全固态电池。 2022财年，我们考虑将导电添加剂从传统的短CNT（VGCF）改为长CNT，着眼于应用于低电子电导率的正极活性材料。此外，考虑到可应用液相复合的正极活性材料的多样化，我们还对Li2FeSO正极活性材料进行了研究。作为到2021年的研究，我们将在前驱体溶液中添加导电添加剂VGCF来制造正极复合材料（LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极活性材料/Li7P2S8I固体电解质/导电添加剂VGCF）。放电容量增加。在2022财年，我们将采用优化的复合方法来制造不含导电添加剂、0.3 wt%长CNT、0.3 wt% VGCF和3 wt% VGCF的复合材料，并评估其电子电导率，结果为1.92×10-6 S。分别为 cm-1、1.48×10-2 S cm-1 和 2.18×10-6 S。 cm-1，2.31×10-2 S cm-1。在使用长碳纳米管的复合材料中，与 VGCF 相比，添加量为 1/10，即可获得相当的电子电导率。在长碳纳米管的情况下，即使数量非常少，也会在正极层内形成3D导电网络，这被认为可以显着提高电子导电性。此外，2021年，人们发现反钙钛矿型Li2FeSO正极活性材料表现出优异的全固态电池特性。 2022年度，我们继续分析了有助于实现优异电池特性的机制。压痕测试表明，Li2FeSO表现出接近硫化物基固体电解质的弹性模量，并且由于其硫含量而具有优异的机械性能。另外，根据截面SEM图像可知，即使在高活性物质填充率(90重量％)下，也形成空隙少的致密体。此外，EDS图显示，来自固体电解质的成分Cl和P分布在来自活性材料的Fe周围，形成离子传导路径。认为上述截面微结构有助于优异的全固态电池特性。