全固体電池安定動作の要“電解質/電極界面イオン伝導”を操る

操纵“电解质/电极界面离子传导”，这是全固态电池稳定运行的关键

基本信息

批准号：
22H01967
负责人：
春田正和
金额：
$ 10.23万
依托单位：
Kindai University
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 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01967/
关键词：
リチウムイオン電池全固体電池固体電解質

项目摘要

安全な電池として全固体電池の実用化のニーズは大きい。全固体電池の性能を大きく左右する固体電解質の選択が重要であり、ガーネット型のイオン伝導酸化物Li7La3Zr2O12(LLZ)が実用材料として広く研究されている。電池性能を表すLLZ/電極間のイオン伝導特性の報告は多いものの、この特性はLLZの表面組成や表面形態に強く依存しているため、本質的な特性の理解に至っていない。本研究課題のでは、LLZの表面処理から、分析、特性評価のすべてのプロセスを大気非暴露で行える実験環境を構築し、電解質/電極界面における本質的なイオン伝導機構を明らかにすることを目指す。①LLZ固体電解質の合成：固相合成法によりLLZ固体電解質のペレットを作製した。全固体電池の充放電動作時に固体電解質間をリチウム金属が貫いてショートを起こす問題があるが、これを回避するために焼結密度の高いLLZペレットの作製に取り組んだ。添加剤（焼結助剤）の検討を行い、添加量よび焼結条件の最適化を行った。②LLZ表面組成の分析：焼結後のLLZ表面および深さ方向の組成をX線光電子分光分析により調べた。イオン伝導の妨げとなる炭酸リチウム層が形成されており、全固体電池の安定動作のためにはこの界面層を除去する必要がある。LLZの研磨方法、およびLi電極の形成法を検討し、LLZ/Li界面抵抗を低減させた。③電解質/電極界面抵抗の低減：LLZはLiと濡れ性が悪いことに起因して良好な接触界面が得られず、界面抵抗の増加を招く。界面抵抗の低減を目指して、LLZとLi電極間に中間層を挿入し、複数の中間層において界面抵抗が減少した。

实际使用所有固态电池作为安全的电池。极大地影响所有固态电池性能的固体电解质的选择非常重要，石榴石型离子导电氧化物LI7LA3ZR2O12（LLZ）已被广泛研究为实际材料。尽管有许多代表电池性能的LLZ/电极之间离子电导率的报道，但该特性在很大程度上取决于LLZ的表面组成和表面形态，但它尚未了解基本特性。该研究主题旨在创建一个实验环境，其中从表面处理到分析和表征LLZ的所有过程均在不暴露于空气的情况下进行，并阐明电解质/电极界面处的必需离子传导机制。 1。LLZ固体电解质的合成：通过固相合成方法制备LLZ固体电解质的颗粒。存在一个问题，即锂金属在充电期间和所有固态电池的放电过程中渗透到固体电解质之间，从而导致短期短路。为避免这种情况，我们致力于制造高烧结密度的LLZ颗粒。检查了添加剂（烧结辅助物），并优化了添加和烧结条件的量。 2。分析LLZ表面组成：烧结后，通过X射线光电子光谱研究了LLZ表面和深度方向的组成。形成了碳酸锂层，该层会干扰离子传导，为了在全稳态电池中稳定操作，必须去除该界面层。研究了LLZ的抛光方法和LI电极的形成方法，以降低LLZ/LI界面电阻。 REDED电解质/电极界面电阻：由于LI的润湿性不佳，LLZ无法获得良好的接触界面，从而导致界面电阻的增加。为了降低界面电阻，在LLZ和LI电极之间插入了中间层，并在多个中间层中降低了界面电阻。