金属負極全固体電池電極界面のブラスト加工による高速充電化メカニズムの解明

阐明金属负极全固态电池电极界面喷砂高速充电机理

基本信息

批准号：
22K14761
负责人：
兒玉学
金额：
$ 1.75万
依托单位：
Tokyo Institute 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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

初年度では、ブラスト加工による電池性能向上メカニズムの検討を主として実施した。未加工・ブラスト加工・金スパッタ格好・ブラスト加工＋金スパッタ加工の4種の電池を対象として、１．充放電試験機による臨界電流密度計測、２．表面3次元SEM計測による電解質表面の形状計測、３．マイクロビッカース硬さ試験による電解質表面の破壊靭性計測、４．電池温度を変化させた電気化学インピーダンス法による界面抵抗計測の4つを行った。臨界電流密度計測より、ブラスト加工により充電可能速度が増加すること、金スパッタ加工と併用することで、金スパッタ加工単独よりも高い充電可能速度が得られることが示された。その原因として、電解質内部へのリチウムデンドライト成長の抑制が考えられたことから、マイクロビッカース硬さ試験を実施した。その結果、ブラスト加工を施した電解質にて、未加工ならびに金スパッタ加工を施した電池よりも高い破壊靭性が確認され、ブラスト加工により電解質への亀裂発生を抑制され、デンドライト成長を抑制したことが、臨界電流密度の増加要因であることがしめされた。表面3次元SEM観察より、ブラスト加工を施した電池にて、表面凹凸が形成されていることが確認された。電気化学インピーダンス計測より、ブラスト加工を施すと海面抵抗が示された。また、温度を変えて実施した電気化学インピーダンス計測より、海面抵抗の活性化エネルギーはブラスト加工を行っても未加工や金スパッタ加工からは変化がないことが示された。このことから、ブラスト加工による海面抵抗低下は物理的な接触面積の増加に伴うものであることが示され、ブラスト加工により作成された電解質表面凹凸がリチウム金属に食い込むことで海面抵抗が低下されたと示唆された。次年度では、以上で明らかとなったメカニズムをもとに、さらに高速充電が可能な電池の実現に向けて、ブラスト加工法の最適化等を実施する。

第一年，我们主要研究通过爆破提高电池性能的机理。 1. 我们针对四种类型的电池：未处理、喷砂、喷金、喷砂+喷金。使用充放电测试仪测量临界电流密度，2。通过表面 3D SEM 测量来测量电解质表面的形状，3.通过显微维氏硬度测试测量电解质表面的断裂韧性，4。我们在改变电池温度的同时使用电化学阻抗法进行了四次界面电阻测量。临界电流密度测量表明，喷砂提高了充电速度，并且当与金溅射结合使用时，可以获得比单独金溅射更高的充电速度。其原因被认为是电解液内的锂枝晶生长受到抑制，因此进行了显微维氏硬度试验。结果证实，喷砂处理的电解液比未处理的电池和金溅射电池具有更高的断裂韧性，这表明喷砂抑制了电解液中的裂纹并抑制了枝晶生长，是提高临界电流密度的一个因素。表面的三维SEM观察证实，喷砂电池中形成了表面凹凸。电化学阻抗测量显示爆破后海面电阻。此外，在不同温度下进行的电化学阻抗测量表明，即使在喷砂处理后，海面电阻活化能与未处理或喷金表面相比也没有变化。这表明，由于爆破而导致的海面电阻的降低是由于物理接触面积的增加，并且由于爆破切入锂金属而产生的电解质表面的不均匀性而降低了电解质的表面电阻。。下个财年，我们将在上述机制的基础上，优化爆破方法等，以实现电池的更快充电。