メカノケミカル法による高イオン伝導性無機硫化物-ポリマーハイブリッドの創製

通过机械化学方法制备高离子导电性无机硫化物-聚合物杂化物

基本信息

批准号：
16760549
负责人：
林晃敏
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、硫化物とオリゴマーのハイブリッド化における反応プロセスの解明を行い、得られたハイブリッド電解質のイオン伝導機構について検討した。ラマン分光測定の結果から、70Li_2S・30P_2S_5ガラスの局所構造は、PS_4^<3->やP_2S_7^<4->から構成されていることがわかった。このガラスとオリゴマーとして1,4-butanediolを反応させるとP_2S_7^<4->のピークの強度が減少していることから、硫化物ガラス中のP_2S_7^<4->とオリゴマー末端のヒドロキシル基が反応してハイブリッド化していることが示唆された。ガラス転移温度における導電率から、1,4-butanediolを2mol%添加して得たハイブリッド電解質のデカップリングインデックス(R_τ:伝導緩和時間に対する構造緩和時間の比)を求めるとR_τ=12.6となり、ガラスと同等の値を示すことがわかった。また直流分極測定により、ハイブリッド電解質のリチウムイオン輸率はほぼ1であることを確認した。以上の結果から、イオン伝導ガラスとオリゴマーのハイブリッド化を行っても、ガラスの高いデカップル性が維持され、ハイブリッド電解質はシングルイオン伝導性を示すことがわかった。作用極にステンレス板、対極にリチウムシートを用いた全固体二極式セルを用いてサイクリックボルタンメトリーを行った結果、ハイブリッド電解質はガラスと同等の電位窓を有しており、リチウムの溶解・析出が可逆的に生じることがわかった。負極に金属インジウム、固体電解質にハイブリッド材料、正極にLiCoO_2を用いた全固体電池を試作したところ、充放電が可能であり二次電池として作動することを確認した。

今年，我们阐明了硫化物和低聚物杂化的反应过程，并研究了所得混合电解质的离子传导机制。拉曼光谱结果表明70Li_2S/30P_2S_5玻璃的局部结构由PS_4^<3->和P_2S_7^<4->组成。当该玻璃与1,4-丁二醇作为低聚物反应时，P_2S_7^<4->峰的强度降低，表明硫化物玻璃中的P_2S_7^<4->和末端的羟基表明它们发生反应并杂交。由添加2mol%的1,4-丁二醇得到的混合电解质在玻璃化转变温度下的电导率确定的解耦指数（R_τ：结构弛豫时间与传导弛豫时间之比）为R_τ=12.6，即发现它们表现出与玻璃相似的值。此外，直流极化测量证实混合电解质的锂离子传输数约为1。从以上结果发现，即使当离子传导玻璃和低聚物混合时，玻璃的高去耦特性也得以保持，并且混合电解质表现出单离子传导性。使用以不锈钢板为工作电极、锂片为对电极的全固态双极电池进行循环伏安法，结果发现混合电解质具有与玻璃相当的电位窗口，并且发现锂的溶解和沉淀是可逆发生的。我们试制了一种全固态电池，使用金属铟作为负极，混合材料作为固体电解质，LiCoO_2作为正极，并证实它可以充放电，并且可以作为二次电池使用。