研究内容
RESEARCH
RESEARCH
酸化物系固体電解質を
利用した
全固体型Liイオン二次電池の開発
はじめに
現在私達が使用しているLiイオン二次電池は、液体電解質を利用しており、この部分を固体電解質にする事でLiイオンの輸率を1近くする事が可能となること、また積層化の可能性も出来、エネルギー密度の更なる向上が期待できます。このような目的のため、現在多くの研究グループが全固体型Liイオン二次電池開発に取り組んでおり、特に固体電解質の研究では、硫化物系の固体電解質LGPSなど、液体電解質に匹敵するLiイオン伝導度を持つ材料が提案されています。
液体電解質と固体電解質を用いたLiイオン電池の概念図
しかし硫化物系の固体電解質の合成は大気下では出来ないため、より効率良く生産するためには、大気下でも安定な酸化物系固体電解質が求められています。しかし酸化物系固体電解質のイオン伝導度は硫化物系の材料に比べて非常に低く、また一般的に固い材料が多いことから、カソード材など電極材料との界面設計にも課題が残っています。
私達の取り組み
私達の研究グループでは、このような課題が残っているため、現時点では作製が困難な酸化物系固体電解質を用いた全固体型Liイオン二次電池の開発を、主に材料化学の観点から実施しています。すなわち、電極材料―固体電解質界面の界面抵抗の改善のためには、電極材料粒子表面に固体電解質をナノレベルでコーティングした材料が必要と考え、このような材料の合成を液相合成により実施しています。
私達の研究グループが提案する材料の概念図
そしてこのような材料を合成するためには、はじめに酸化物系固体電解質の液相合成が必要だと着想しました。そこで酸化物系固体電解質の中では比較的イオン伝導性が高いガーネット構造を持つLi7La3Zr2O12系材料(LLZO)を選択し、この材料の液相法による低温合成を実施しています。そしてその結果、前駆体溶液の分子設計を施す事で、これまで報告されてきた液相合成したLLZO系材料の中では非常に高いイオン伝導性を持つ材料開発に成功しています。またカソード剤表面へのコーティングについても成功しました。
今後の展開
現在私達の研究グループでは、他研究機関と協力して、私達が開発したコアシェル型粒子を用いた全固体型Liイオン電池のセル開発に取り組んでいます。また私達の研究グループでも単独でセル作製が可能な装置を導入したため、今後は自分達が開発した材料を用いて、コインセルを中心としたセル開発に取り組んでいきます。
- 助成金
-
- 2020-21年度
- 公益財団法人 前川報恩会研究助成
- 2021-22年度
- 「先進・革新蓄電池材料評価技術開発（第二期）」 NEDO
- 成果
- T. Ohno, J. K. Padarti, Y. Hayashi, S. Hirai, T. Matsuda, T. Kawaguchi, N. Sakamoto, N. Wakiya and H. Suzuki
“Molecular design effects of alkoxide-derived precursor solution on low-temperature crystallization of cubic garnet type Li ion conductor”
Mater. Lett., 283 (2021) 128747.