大阪府立大とJST、全固体リチウム電池実現に向けた熱安定性評価技術を開発

【プレスリリース】発表日:2018年4月18日

全固体リチウム電池実現に向けた熱安定性評価技術を開発

～全固体電極材料の発熱メカニズム解明に一歩前進～

■ポイント

○全固体リチウム電池用正極複合体が示す発熱反応の主たる要因は、無機固体電解質の結晶化であることを透過型電子顕微鏡による加熱その場観察によって初めて明らかにしました。

○正極複合体の発熱反応には、活物質との界面接触に起因する無機固体電解質の分解反応が関与していることが分かりました。

○本研究成果は、次世代全固体リチウム電池の実用化に大きく貢献します。

大阪府立大学（理事長:辻 洋）の塚崎 裕文　特任助教、森 茂生　教授、林 晃敏　教授、辰巳砂 昌弘　教授と、物質・材料研究機構（理事長:橋本 和仁）の田中 喜典　特別研究員、大野 隆央　特命研究員らはJST（理事長:浜口 道成）戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発・特別重点技術領域「次世代蓄電池」（ALCA-SPRING）の一環として、近年全固体リチウム電池への応用が期待されている全固体電極材料の熱安定性評価技術を開発し、その発熱反応のメカニズム解明に一歩前進しました。

現在、リチウムイオン二次電池は、大型化や高エネルギー密度化によって、電気自動車などの車載用電源や家庭用大型蓄電池としての応用が期待されています。実用化には、電池の発熱や発火などを抑え、安全性を確保することが必須です。また、発熱は電池の寿命を劣化させる要因にもなります。従って、電池材料の発熱挙動の評価や電池材料が示す発熱反応の要因を解明することが非常に重要です。

本研究では、硫化物系無機固体電解質Li2S-P2S5と正極活物質LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2からなる正極複合体に着目し、透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた加熱その場観察（注1）によって、本材料の熱的安定性について調べました。さらに、得られたTEM観察結果と第一原理計算（注2）を元に、起こりうる化学反応、ならびにこの正極複合体が示す発熱反応の起源について検討しました。

なお、本研究成果は「Scientific Reports」誌にて、日本時間2018年4月18日に掲載される予定です。

本成果は、JST 戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発・特別重点技術領域「次世代蓄電池」（ALCA-SPRING）によって得られました。

＜研究の背景＞

近年自動車や家庭用の電源として、安全性の観点から、可燃性有機溶媒を不燃性の無機固体電解質に置き換えた、全固体リチウム電池が注目されています。無機固体電解質の中でも特に硫化物系無機固体電解質は、酸化物系よりもイオン伝導度が高く、広い電位域において電気化学的に安定であることから、全固体リチウム電池への応用が期待されています。

これまで本研究グループは、透過型電子顕微鏡（以下TEM）を用いて全固体リチウム電池材料の熱的安定性を評価してきました。その一環として、硫化物系無機固体電解質の1つであるLi2S-P2S5ガラス電解質に着目し、非結晶状態の直接観察、さらにはガラスの結晶化挙動を「加熱その場観察」できる実験技術を開発しました。

全固体リチウム電池の実用化には、電池材料の発熱挙動を調べ、発熱反応の要因を解明することが極めて重要です。本研究では、TEM観察技術と第一原理計算を組み合わせて、正極活物質LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2とLi2S‐P2S5ガラス電解質からなる正極複合体が示す発熱反応の要因について検討しました。

※以下は添付リリースを参照

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添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0477705_01.pdf