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。

在今年，与上一年一样，我们对使用四磷酸硫化物的“无定形硫电极”进行了研究，该硫化物的容量比常规电极更高。今年，我们测量了核磁共振光谱（NMR）和光电子光谱（XPS）测量，并在全纤维钠电池中使用四磷酶硫化物分析了非晶硫电极的结构分析。通过以复杂的方式考虑这些结构分析，可以阐明用电荷/放电形成离子传导路径的充电/放电机制。此外，使用透射电子显微镜观察硫电极表明，离子传导路径在纳米级上结晶。另一方面，使用四磷酸硫化物使用无定形硫电极的全稳态锂电池的容量要高于全稳态钠电池。对所有固态锂电池的结构分析表明，与钠基电池相同的电荷和放电反应正在进行中。但是，已经揭示了在锂系统中，充电或排放后没有结晶。基于这些结果，人们认为钠系统中离子传导路径的结晶将导致容量恶化。因此，通过用二硫化硅代替二硫代硫化四磷的一部分，成功抑制了这种结晶。结果，充电/放电能力也增加了，在全固钠电池中实现了最大充电/放电能力。对于这些研究主题，他获得了日本陶瓷协会和Kansai电化学研究协会的海报奖。

项目成果

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专著数量（0）

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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