Insertion of a buffer layer for ultra-low interface resistance of lithium ion batteries

插入缓冲层实现锂离子电池超低界面电阻

基本信息

批准号：
17H06674
负责人：
西尾和記
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 Research Activity Start-up
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-08-25 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は次世代蓄電池として期待されている全固体Li電池の実用化の課題として高出力化が挙げられる。その鍵は電極／電解質間界面抵抗の低減にある。そこで本研究は全固体Li電池の高出力化に向けた界面抵抗低減指針を得るべく、薄膜を利用した理想モデル電極を作製し界面抵抗起源を解明することを目的としている。実用研究に成果を還元するために、実用材料活物質に着目しそれらの薄膜電池作製に取り組んでいる。理想モデル電極を利用して界面抵抗を定量評価するためには高品質な電極薄膜が必要である。そこで本年は実用材料正極活物質の高品質薄膜合成に主に取り組んだ。パルスレーザー堆積法による正極材料の薄膜作製条件最適化を行い、結晶性、構造、組成、電子状態、表面平坦性、等を評価することで結晶配向制御された原子レベルで平坦な高品質エピタキシャル薄膜合成を達成している。固体電解質としてLi3PO4薄膜を利用し、対極にLi薄膜を蒸着することで電池素子を形成した。高品質薄膜を利用した電池素子作製及び評価まで全真空プロセスによる清浄な界面を維持することが可能な装置を活用し、電池特性、及び界面抵抗を評価した。電池特性の評価から作製した電池素子の界面抵抗はおよそ20 Ohm・cm2 程度が得られ、従来の有機溶媒系電解質を用いたLiイオン電池の界面抵抗よりも低く、かつ全固体Li電池の中では我々のみが達成している世界最小レベルの界面抵抗を達成している。このように実用材料活物質らに対して超低抵抗界面モデル電極形成に成功したことから、電極／固体電解質界面に様々なナノ緩衝層を導入して界面抵抗変化を定量的に評価することが可能となる。よって界面抵抗低減に向けた新たなモデルナノ界面構造構築する基礎となる成果が得られた。

这项研究的目的是增加功率输出，以此作为实用全稳态LI电池的挑战，预计将是下一代存储电池。关键是减少电极/电解质界面电阻。因此，这项研究旨在通过使用薄膜来阐明界面电阻的起源，以获取降低界面电阻的准则，以增加全稳态的LI电池的功率输出。为了将结果减少到实践研究中，我们专注于实用的材料活动材料，并致力于制造薄膜电池。需要高质量的电极薄膜才能使用理想的模型电极定量评估界面电阻。因此，今年我们主要致力于合成实际材料阳性电极活性材料的高质量薄膜。通过优化使用脉冲激光沉积法制造阳性电极材料的条件，可以通过评估结晶度，结构，组成，电子状态，表面平坦度来实现高质量外部薄膜与原子水平上具有控制晶体方向的高质量外生薄膜的合成。使用Li3PO4薄膜用作固体电解质，并将Li薄膜沉积在柜台电极上以形成电池元件。从制造和使用高质量薄膜对电池元件进行评估的设备，使用可以使用总真空工艺维护干净界面的设备评估了电池特性和界面电阻。电池特性评估产生的电池元件的界面电阻约为20欧姆·CM2，使用基于有机溶剂的电解质的传统锂离子电池低于传统的锂离子电池，并且可以在全部溶解的Li Batties中实现世界上最低的接口电阻。由于成功形成了用于实用材料活性材料的超低电阻界面模型电极，因此可以在电极/固体电解质界面引入各种纳米填料，以定量评估界面电阻的变化。因此，已经实现了旨在降低界面电阻的新模型纳米接口结构的基本结果。