バイコンティニュアス構造を有する高リチウムイオン伝導体材料の創製

双连续结构高锂离子导体材料的研制

• 批准号: 15750170
• 负责人: 山田 博俊
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15750170/
• 关键词: ナノコンポジット; リチウムイオン伝導体; コンポジット固体電解質; メゾポーラス; シリカ; ヨウ化リチウム; 空間電荷層; 両連続構造

本研究はイオン伝導体と絶縁体のナノスケールでの複合化により、高リチウムイオン導電率を有する固体電解質を開発することを目的としている。最終年度である本年度は、前年度の結果をさらに発展させるべく、絶縁体構造の違いによる導電率の上昇を試みた。(1)ナノコンポジット固体電解質の合成絶縁体としてシリカメゾ多孔体を用いた。シリカメゾ多孔体は界面活性剤ミセルをテンプレートに用い、種々の条件で合成を行い、異なる細孔構造(比表面積、細孔容積、細孔構造の対称性など)を有する多孔体を得た。得られたメゾ多孔体に溶融させたイオン伝導体を充填し、ナノコンポジット固体電解質を合成した。イオン伝導体として、ヨウ化リチウムを用いた。特性の評価には、幾何密度X線回折、窒素吸脱着等温線、示差走査熱量の各測定により行った。(2)ナノコンポジット固体電解質のイオン導電率測定上記(1)で作製したナノコンポジット固体電解質のイオン導電率を交流二端子法により求めた。導電率は、前駆体のシリカメゾ多孔体の細孔構造に依存した。立方晶構造の試料において、より高いイオン導電率が得られた。これはイオン伝導経路の形状がイオン導電率に影響するためと考えられる。また、比表面積が大きい試料ほど高いイオン導電率を示した。これは界面に補足されるリチウムイオンが多く、欠陥濃度が高いためであるためと考えられる。本研究を通して、コンポジット固体電解質における高イオン導電体の設計指針を次のように得た。(a)イオン伝導経路の最適化。すなわち、絶縁体の細孔がイオン伝導方向に配向した構造、あるいは三次元網目状に相互貫通した構造が望ましい(b)リチウムイオンと絶縁体との相互作用がより強い系を得ることにより、欠陥濃度を上昇させることが可能となる。

这项研究旨在通过在纳米级的离子导体和绝缘子结合使用高锂离子电导率的固体电解质。今年，最后一年，我们试图增加由于绝缘体结构差异而引起的电导率，以便进一步发展上一年的结果。 （1）将二氧化硅介孔体用作纳米复合固体电解质的合成绝缘体。使用表面活性剂胶束作为模板在各种条件下合成二氧化硅介孔体，以获得具有不同孔结构（特定表面积，孔体积，孔结构对称性等）的多孔体。所得的介孔体充满了熔化的离子导体，以合成纳米复合固体电解质。碘化锂用作离子导体。通过测量几何密度X射线衍射，氮的吸附和解吸等温线以及差异扫描量热法来评估特征。 （2）纳米复合固体电解质的离子电导率测量上述（1）中制备的纳米复合固体电解质的离子电导率由AC的两端方法确定。电导率取决于前体的二氧化硅介孔体的孔结构。在立方结构样品中获得了更高的离子电导率。这被认为是因为离子传导路径的形状会影响离子电导率。此外，特定表面积越大，离子电导率越高。这被认为是因为在界面上补充了许多锂离子，并且缺陷浓度很高。通过这项研究，获得了复合固体电解质中高离子导体的设计指南，如下所示。 （a）优化离子传导途径。也就是说，绝缘体的孔在离子传导方向或三维网状结构的结构中定向的结构（b）； （b）;通过获得锂离子与绝缘子之间相互作用更强的系统，可以增加缺陷浓度。

项目成果

Hirotoshi YAMADA: "Interconnected macroporous TiO_2 (anatase) as a lithium insertion electrode material"Solid State Ionics. (in press). (2004)

Hirotoshi YAMADA：“互连大孔TiO_2（锐钛矿）作为锂插入电极材料”固态离子学。