Development of high energy all-solid-state lithium sulfur batteries

高能量全固态锂硫电池的开发

基本信息

批准号：
16J01475
负责人：
計賢
金额：
$ 0.83万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

日本は天然資源に乏しく、持続的な経済成長や生活水準を維持するには、科学技術の発展が必要不可欠である。特に二次電池は、パソコンや携帯電話の用途だけでなく、低炭素型社会の実現に向けた再生可能エネルギー用の定置用電源や電気自動車の車載バッテリーとして利用されおり、各国に先がけて革新的なエネルギー貯蔵デバイスを開発し実現することは、極めて重要であると考えられる。既存のリチウムイオン電池は電極材料(正極・負極)によって主に支配されている。近年、従来の電極材料の5倍以上の大きなエネルギー密度を有する次世代型の電極材料としてSおよびLi2Sが注目されている。しかしLi/S電池の実現に向け、様々な課題を克服する必要があり、その課題の一つとして電池の寿命が非常に短いことが挙げられる。これは充放電中に生成する多硫化リチウムの溶出が主な原因とされている。その多硫化リチウムの溶出を抜本的に改善するために固体電解質の利用が検討されいる。Li2Sへの電子伝導パスとして炭素導電剤、イオン伝導パスとして硫化物固体電解質を添加した電極複合体が試験電池の電極として利用されている。この複合体を用いた全固体電池は、比較的高い可逆容量で高いサイクル特性を有している。しかしながら従来のリチウムイオン電池と比較して高いエネルギー密度を有する全固体Li/S電池の実現には、Li2Sのさらなる高容量化が必要とされている。そこで本研究では、Li2Sの高容量化に向けて開発したLi2S固溶体を利用することによってこれまで報告されたLi2S正極を用いた電池の中で、最も長い寿命を有し、ほぼ理論容量を繰り返し利用することが可能な硫化リチウム正極の開発に成功した。

日本缺乏自然资源，科学技术的发展对于维持可持续的经济增长和生活水平至关重要。特别是，次级电池不仅用于计算机和手机，而且还用于可再生能源的固定电源和电动汽车内电动汽车的可再生能源电池，该电池旨在实现低碳社会，并且被认为是在每个国家之前开发和实现创新的储能式驱动器的极为重要的。现有的锂离子电池主要由电极材料（正电极和负电极）控制。近年来，随着能量密度的下一代电极材料大于常规电极材料的能量密度的五倍，S和LI2一直引起人们的注意。但是，为了实现LI/S电池，需要克服各种挑战，其中一个挑战之一是电池寿命非常短。这被认为是在充电和排放过程中产生的锂多硫化锂洗脱的主要原因。正在研究固体电解质的使用，以显着改善锂多硫化锂的洗脱。将碳导电剂作为LI2S的电子传导路径和硫化物固体电解质作为离子传导路径添加的电极复合材料，用作测试电池中的电极。使用该复合材料的全稳态电池具有相对较高的可逆能力和高周期特性。但是，为了实现比传统锂离子电池更高的能量密度的全稳态LI/S电池，需要进一步增加LI2S的容量。因此，在这项研究中，通过利用LI2S固体溶液来增加LI2的能力，我们成功地开发了硫化锂阳性电极，使用LI2S阳性电极迄今为止报道的电池的寿命最长，并且几乎可以反复使用理论能力。