硫化物系全固体リチウム二次電池材料の研究開発

液相法による電極・固体電解質材料合成と複合化、反応メカニズムの解明

ステータス基礎実証実用化準備

概要

近年、有機電解液に劣らないリチウムイオン導電性に優れた硫化物系固体電解質が発見されたことにより、究極的に安全な全固体リチウム二次電池の実現が期待されています。全固体電池の実用化に向けて、高エネルギー密度化、高出力化、低コスト化などに資する研究開発を行っています。

研究キーワード

従来技術

乳鉢混合, ボールミル等による材料開発
・構造制御が困難(コントロールできない）
・高コスト(大量のエネルギーが必要)
・大量生産などには不向き

優位性

有機溶媒等を用いた液相法による材料開発
・構造制御が可能
・安価
・大量生産化が可能

特徴

1.液相法による材料合成と複合化

全固体電池では、
①ナノサイズの電極活物質、②Liイオン伝導性の硫化物系固体電解質(Li₃PS₄など)、③アセチレンブラック　などのカーボン系導電助剤、以上3種類の粉末を混合した電極複合体の作製が必要です。
本研究室では、「活物質表面に核となる物質(Li₂S)を析出させ、これを足場として均一に固体電解質をコーティングする核成長法」や「ナノ粒子を均一に分散できる静電吸着法により作製された複合顆粒」などを駆使して、電子・イオン伝導パスを制御した電極複合体の設計を行っています(図1)。
並行して、液相法では「溶媒」という要素が増えて、反応メカニズムが複雑で未知な部分が多く、そのため各工程でどのような反応が起きているか調べるため、装置系構築から開発を行っています。

2. 全固体電池用の新規正極活物質の材料探索

車載用途の全固体電池の実用化は、ガソリン車並みの航続距離実現が必要です。それには電池の重量・体積を維持して現状の数倍以上の電気量を蓄えられる高エネルギー密度化が必要であり、その解決には新規電極活物質の開発が求められています。固相法での材料探索から進めて、液相法への展開を図っています。
・硫化リチウム(Li₂S)ベース正極
・Li過剰系層状岩塩型酸化物(Li₂MnO₃)正極
・アンチペロブスカイト型(Li₂CoSO)正極