Development of surface-modified electrode/carbonate-based polymer electrolyte interfece for all-solid-state battery

全固态电池表面改性电极/碳酸酯基聚合物电解质界面剂的研制

基本信息

批准号：
22H01789
负责人：
富永洋一
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、カーボネート型の固体高分子電解質(SPE)と無機フィラーからなる複合膜をモデル電解質としたSPE型電池の特性改善につながる電極の表面処理・改質法を明らかにすることを目指している。当該年度は、正極にリン酸鉄リチウム（LiFePO4, LFP）を、負極には金属Liを用いた。LFPの表面改質には、大気圧プラズマ処理を用いる。大気圧プラズマ処理によってLFP表面のカーボン層の一部にアミド基などの極性基が導入されることが予備実験によって分かっている。本研究では、LFP表面に生成する官能基の種類や数がSPE界面構造に影響することを想定し、様々な処理条件（導入酸素量, 処理時間など）を検討した。Li負極の表面改質には、大気非暴露で操作が可能な真空蒸着装置を用いた。物理蒸着法によりアクリル酸などのモノマーを被覆後に重合させ、Li表面に高分子の極薄膜を形成する。Li表面において熱的・力学的に安定で、SPEの還元分解およびLiデンドライトの生成を抑制する“人工SEI”としての被膜形成を目指した。一方の電解質には、ポリエチレンカーボネート（PEC）とLi塩からなるSPEをモデルとして用いた。さらに、Li負極とPEC末端OH基との反応を抑制するため、PEC末端のアセチル化を試みた。これにより、Li負極との反応抑制だけでなく、SPEの耐熱性や電池特性も改善することが期待される。極表面改質電極について、水接触角測定により濡れ性評価を、XPS測定により表面および深さ方向の元素分析を、SEM測定により表面形態の観察を行った。これらの研究は、このカーボネート型SPEと電極との間の界面抵抗を低減することで電池特性の改善につながるもので、固体電池としての実用化研究の発展に貢献するものである。

这项研究旨在阐明使用由碳酸盐型固体聚合物电解质（SPE）和无机填充物作为模型电解质组成的复合膜，从而阐明电极的表面处理和修饰，从而改善了SPE型电池的性能。在今年，将铁磷酸锂（LifePo4，LFP）用作阳性电极，并将金属LI用作负电极。大气压血浆处理用于LFP的表面修饰。初步实验表明，通过大气压力等离子体处理，将极地基团（例如酰胺基团）引入了LFP表面的一部分。在这项研究中，假设在LFP表面产生的官能团的类型和数量会影响SPE界面结构，则检查了各种治疗条件（引入氧气含量，治疗时间等）。为了进行LI阳极的表面修饰，使用了无需暴露于大气的真空沉积装置。通过物理蒸气沉积涂有诸如丙烯酸之类的单体，然后聚合以在LI表面形成超薄聚合物膜。我们的目的是形成膜作为“人造SEI”，在LI表面上是热和机械稳定的，并抑制了SPE的减少分解和Li树突的形成。对于电解质，将由聚乙烯碳酸盐（PEC）和LI盐组成的SPE用作模型。此外，为了抑制LI负电极与PEC末端OH组之间的反应，尝试了PEC末端的乙酰化。预计这不仅会抑制与LI负电极的反应，还可以改善SPE的耐热性和电池特性。通过测量水接触角，测量XP并通过测量SEM来测量表面和深度元素分析，对电极表面修饰的电极进行了润湿性评估。这些研究将通过降低碳酸盐SPE和电极之间的界面电阻来改善电池特性，并将有助于将实际研究作为固态电池的发展。