全固体ナトリウム‐硫黄電池の実現にむけた材料および構造に関する研究

实现全固态钠硫电池的材料和结构研究

基本信息

批准号：
15J12341
负责人：
谷端直人
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、前年度に引き続き、従来の電極よりも高容量を示す「十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極」についての研究を行った。本年度は、核磁気共鳴分光 (NMR) 測定や光電子分光 (XPS) 測定などを測定し、全固体ナトリウム電池における十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極の構造解析を行った。これらの構造解析を複合的に考慮した結果、充放電に伴い、イオン伝導パスが形成される充放電機構を明らかにした。また、透過電子顕微鏡による硫黄電極の観察から、そのイオン伝導パスがナノスケールで結晶化している様子が観測された。一方、十硫化四リンを用いたアモルファス状硫黄電極を用いた全固体リチウム電池は、全固体ナトリウム電池より高容量を示す。全固体リチウム電池においても構造解析を行った結果、ナトリウム系と同様の充放電反応が進行していることが明らかになった。しかし、リチウム系においては、充放電後の結晶化は生じていないことが明らかになった。これらの結果から、ナトリウム系におけるイオン伝導パスの結晶化は容量劣化の要因になると考えられる。そこで、十硫化四リンの一部を二硫化ケイ素に置き換え多成分化することによって、この結晶化の抑制に成功した。その結果、充放電容量も増加し、全固体ナトリウム電池における最大の充放電容量を達成した。これらの研究内容に関しては、日本セラミックス協会や関西電気化学研究会などからポスター賞を受賞している。

今年，继去年的基础上，我们对比以往的电极容量更高的“使用二硫化四磷的非晶硫电极”进行了研究。今年，我们进行了核磁共振波谱（NMR）测量、光电子能谱（XPS）测量和其他测量，以分析全固态钠电池中使用四磷二硫化物的非晶硫电极的结构。通过结合这些结构分析，我们阐明了在充电和放电期间形成离子传导路径的充电/放电机制。此外，通过使用透射电子显微镜观察硫电极，观察到离子传导路径在纳米级上结晶。另一方面，使用十硫化四磷的非晶硫电极的全固态锂电池表现出比全固态钠电池更高的容量。全固态锂电池的结构分析表明，充放电反应的进行方式与钠基电池相同。然而，据透露，锂基电池在充电和放电后不会发生结晶。根据这些结果，认为钠体系中离子传导路径的结晶化是容量劣化的原因。因此，我们通过用二硫化硅代替部分四磷二硫化物，成功地抑制了这种结晶，从而产生了多组分产品。由此，充放电容量也随之增加，实现了全固态钠电池的最大充放电容量。该研究获得了日本陶瓷协会和关西电化学研究小组颁发的海报奖。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

高容量全固体ナトリウム電池における硫黄-硫化リン複合体の微細構造と電池特性

高容量全固态钠电池中硫磷硫化物复合材料的微观结构及电池性能

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nakashima Yu;Mori Takahiro;Nakamura Hitomi;Awakawa Takayoshi;Hoshino Shotaro;Senda Miki;Senda Toshiya;Abe Ikuro;池本英也;谷端直人・塚崎裕文・林　晃敏・森　茂生・辰巳砂昌弘
通讯作者：
谷端直人・塚崎裕文・林　晃敏・森　茂生・辰巳砂昌弘

Mechanochemical Preparation and Characterization of Na3BO3-Na2SO4 Glass Electrolytes with Na+ Ion Conductivity

具有Na离子电导率的Na3BO3-Na2SO4玻璃电解质的机械化学制备及表征