【発表のポイント】

• 不純物を含まない清浄な界面を作製すると、全固体電池の電池容量が倍増することを発見
• 放射光X線回折測定により、界面近傍のリチウム分布や結晶状態を明らかにした

【概要】

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の一杉太郎教授、東北大学の河底秀幸助教らは、産業技術総合研究所の白澤徹郎主任研究員、および日本工業大学の白木將教授らと共同で、電極と固体電解質が形成する界面における不純物制御により、全固体電池の容量を倍増させることに成功しました。

全固体電池の開発目標として電池容量の増加と高出力化が挙げられます。電池容量の増加は、機器の使用可能時間の延長につながり、高出力化は、短時間での充電や、瞬間的な大きなパワーの取り出しを可能とします。

現在、リチウムイオン電池に搭載されている通常の電極材料よりも高い電圧を発生する電極材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄が注目されています。この材料を用いた全固体電池ではLiNi_0.5Mn_1.5O₄を放電状態、Li"₀"LiNi_0.5Mn_1.5O₄を充電状態としていました。しかし、不純物を含まない清浄な電極／電解質界面を作製すると、リチウムの含有量が2倍であるLi"₂"Ni_0.5Mn_1.5O₄を放電状態、Li"₀"Ni_0.5Mn_1.5O₄を充電状態として使えることがわかりました。つまり、2倍の容量が実現したことを意味します。

さらに、界面形成時にリチウムイオンが自発的に移動し、界面近傍にLi₂Ni_0.5Mn_1.5O₄が不均一に存在することを、放射光X線回折測定により明らかにしました。

本研究は、高容量型全固体電池の実現に向けて重要な一歩となるだけでなく、電極と固体電解質の界面におけるイオン輸送の学理構築にもつながります。

本研究成果は1月25日（米国東部時間）に米国化学会誌「ACS Applied Materials and Interfaces」オンライン版に掲載されました。

詳細（プレスリリース本文）

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東北大学 大学院理学研究科 化学専攻
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