酸化物固体電解質を用いた一括焼結Liイオン二次電池用正極の高性能化

使用氧化物固体电解质提高块状烧结锂离子二次电池正极的性能

基本信息

批准号：
22K04739
负责人：
渡邉賢
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまで、ガーネット型固体電解質（LLZ）とLiCoO2に代表される各種層状岩塩構造を有する正極活物質との一括焼結による半電池の作製確立し、Li金属負極を用いたセルにおいて、室温で充放電可能であることを見出している。この一括焼結電池は、空気または酸素中で焼結するため、導電助剤であるカーボンを添加することができず、電池反応進行に必要な正極合剤内の電子の輸送は正極活物質そのものが担っている。また、各種正極活物質は、Liイオン伝導パスとしても機能する。したがって、これまでの液LIBとは異なり、一括焼結電池では、複合正極内における正極活物質とLLZの混合状態、微細構造、正極活物質の混合導電性によって、電池特性が制御可能と考えられる。特に、焼結を用いるため正極活物質のみを緻密化させた緻密電極やLLZ/正極活物質混合電極と緻密層を積層させた電極構造など様々な電極構造を適用可能となる。そこで、本研究では、一括焼結電池ならでは電極構造の設計に取り組んだ。本研究では、まずLi-Ni-Co-O系を正極活物質として、LLZ/活物質複合電極を作製し、LLZ/活物質混合比が電池特性に及ぼす影響を調査した。仕込みLLZ/活物質比を40/60、50/50、40/60とした。混合比40/60では、理論容量近い充放電容量が確認されたのに対し、活物質比率増大に伴い、放電容量の減少が確認された。加えて、サイクル特性も活物質比増大に伴い増大する傾向が確認された。サイクル後の試料では、正極｜固体電解質界面にクラックや剥離がみられたことから、充放電に伴う活物質の体積変化に伴う物理的なLiイオン伝導パスの断絶が特性低下の主要因と考えられた。これらの結果は、正極｜固体電解質の接合強度が混合比率に依存することを示唆しており、混合比に傾斜をつけ接合強度を向上した電極構造が一括焼結電池には適していると推察された。

到目前为止，我们已经建立了通过批量烧结石榴石型固体电解质（LLZ）和具有各种层状岩盐结构的正极活性材料（例如LiCoO2）来制造半电池的技术，并且我们还开发了可充电的半电池已发现在室温下使用锂金属阳极的电池中可以进行放电。由于这种批量烧结电池是在空气或氧气中烧结的，因此不可能添加作为导电添加剂的碳，电池反应所需的正极混合物内的电子传输是由正极活性材料本身进行的负责。另外，各种正极活性物质也起到Li离子传导路径的作用。因此，与传统的液体LIB不同，在块状烧结电池中，电池特性被认为可以通过复合正极中正极活性材料和LLZ的混合状态、微观结构以及正极活性材料的混合电导率来控制。 .特别地，由于使用烧结，因此可以应用各种电极结构，例如其中仅正极活性材料致密化的致密电极、以及其中LLZ/正极活性材料混合电极和致密层的电极结构。是层压的。因此，在本研究中，我们致力于设计块状烧结电池特有的电极结构。在本研究中，我们首先使用Li-Ni-Co-O作为正极活性材料制备了LLZ/活性材料复合电极，并研究了LLZ/活性材料混合比例对电池特性的影响。装入的LLZ/活性物质比为40/60、50/50、40/60。在40/60的混合比下，确认到接近理论容量的充电/放电容量，然而，确认随着活性材料比率的增加，放电容量降低。另外，确认了随着活性物质比率的增加，循环特性有提高的倾向。在循环后的样品中，在正极/固体电解质界面处观察到裂纹和剥离，因此我们认为性能劣化的主要原因是由于活性材料的体积变化导致Li离子传导路径的物理断开。在充电和放电期间完成。这些结果表明，正极和固体电解质之间的接合强度取决于混合比，并且推断出分级混合比以提高接合强度的电极结构适合于块状烧结电池。