硫化物系固体電解質を用いた全固体電池用高容量・高電位電極活物質の開発

使用硫化物固体电解质开发高容量、高电位全固态电池电极活性材料

基本信息

批准号：
18J11169
负责人：
藤井雄太
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、二種類の電極材料について評価した。一つ目は、前年度合成し、その反応機構の解明に取り組んできた、FeS2と低結晶性のP-Sの微粒子から構成される電極材料である。本年度は、その電子伝導性やLi+拡散係数を調べ、前年度得られた充放電特性との関係性について調べた。合成したFeS2とP-Sの微粒子から成る複合電極材料では、室温においては電子伝導性が充放電反応の律速となり、一方、80℃や100℃のような高温ではLi+の拡散が充放電反応の律速となっていることがわかった。二つ目は、これまで太陽電池の光吸収材料として研究されてきたペロブスカイト型有機-無機ハイブリッドハロゲン化鉛(HHP)である。特に、Li+が層間を挿入・脱離するインサーション反応を示す可能性のある二次元構造を有する系（2D-HHP）について、全固体電池用電極材料として評価した。2D-HHPを用いた全固体電池は、室温において充放電挙動を示し、HHPが全固体電池の電極材料として機能することがわかった。さらに、充放電特性を向上させるため100℃において充放電試験を行った結果、およそ250 mAh g-1の可逆容量を示すことが確認された。さらに、充放電時における2D-HHPの生成物を同定することで、その反応機構を調べた結果、インサーション反応、コンバージョン反応、合金化・脱合金化反応の三段階のプロセスで反応が進行することがわかった。以上の結果から、HHPが全固体電池用電極材料になり得ることを明らかにした。

今年，我们评估了两种类型的电极材料。第一种是由 FeS2 细颗粒和低结晶 P-S 组成的电极材料，我们去年合成了这种材料，并致力于阐明其反应机制。今年，我们研究了其电子电导率和Li+扩散系数，并研究了与前一年获得的充放电特性的关系。在合成的由FeS2和P-S细粒组成的复合电极材料中，电子传导是室温下的限速充放电反应，而Li+扩散是80℃、100℃等高温下的限速充放电反应。我发现确实如此。第二种是钙钛矿型有机-无机杂化卤化铅（HHP），它已被研究作为太阳能电池的光吸收材料。特别是，我们评估了一种具有二维结构（2D-HHP）的系统，该系统可能会表现出插入反应，其中Li+作为全固态电池的电极材料在层之间嵌入和脱嵌。使用2D-HHP的全固态电池在室温下表现出充放电行为，表明HHP可以作为全固态电池的电极材料。此外，为了改善充电和放电特性，在100℃下进行充电和放电测试，结果证实该电池具有大约250mAh g-1的可逆容量。此外，通过识别2D-HHP在充电和放电过程中的产物，我们研究了反应机理，发现反应通过三个步骤进行：插入反应、转化反应和合金化/脱合金反应。上述结果表明HHP可作为全固态电池的电极材料。