全固体電池、固体電解質の観察、評価技術

第1部 全固体電池開発・設計のための材料強度学の必要性

(2018年2月21日 10:00〜11:30)

　全固体電池の本格的普及に向けて解決すべき課題としては、性能向上、コストの削減とともに、信頼性・耐久性の確保が重要な鍵となる。これまでの2次電池とは大きく異なり、全固体電池ではイオンや電子の反応場である電極や電解質界面のはく離等の機械的損傷は、電池の性能低下に致命的な影響を及ぼす。そのため全固体電池開発においては、材料開発のみならず設計するための材料強度学的視点も必要となる。 　そこで、本講では、全固体電池 (SOFC) を中心に全固体電池 (燃料電池やリチウムイオン電池等) を開発するために注意すべき点や評価・解析法について概説する。

1. 材料強度の予備知識
   1. 材料強度とは?
   2. 電池開発における材料強度学
2. 機械的特性評価 ～SOFC事例を中心に～
   1. 機械的物性
   2. 界面強度
   3. 環境により変化する機械特性をどのように評価するか?
   4. 分子動力学シミュレーション
3. 電池としての評価 ～SOFC事例を中心に～
   1. 様々なその場観察手法について
   2. アコースティックエミッション法
   3. 環境制御型SEM
   4. テラヘルツ分光法
   5. 機械学習による解析事例
   6. 応力・変形解析等
• 質疑応答

第2部 固体電解質のACインピーダンス測定時の注意点

(2018年2月21日 12:15〜13:45)

　全固体電池などに使用される固体電解質のACインピーダンス測定では、広い周波数帯域および広い温度域が求められています。これらの要求を満たし、かつ高精度な測定を行うことには困難を伴います。 　本講演では、ACインピーダンス測定における問題点を提示し、その解決に役立つ情報をお伝えします。また、上記の要求を満たすべく開発しましたACインピーダンス測定システム (10mHz～100MHz、 – 50℃～600℃) を紹介します。

1. ACインピーダンス測定の良い例と悪い例
2. ACインピーダンス測定結果に悪影響を及ぼす要因
   1. 同軸ケーブル長
   2. 測定器の測定レンジ
   3. 測定治具
   4. インピーダンス測定器
   5. 測定条件
3. ACインピーダンス測定システム
   1. チップ抵抗を用いた評価
   2. チップ抵抗およびチップコンデンサを用いた評価
4. ACインピーダンス測定システムの開発
• 質疑応答

第3部 固体電解質上のLi析出溶解反応とそのin – situ観察

(2018年2月21日 14:00〜15:30)

　全固体電池の場合、Liは固固界面で核生成し、成長するため、自身の体積の分だけ集電体もしくは固体電解質を変形させる必要がある。したがって、析出したLiは周囲にひずみエネルギーを蓄積させながら成長する。溶液系の核生成では考慮されない集電体の変形に関わる機械的な仕事の寄与を含めた解析が必要である。 　本講では、固固界面でLiが核生成、成長することで生じる集電体表面の変化のその場観察について解説する。また、集電体の変形に必要な仕事がLi電析の過電圧に与える影響について考察する。

1. その場観察用の全固体セル
2. その場SEM観察
3. 集電体の変形が核生成過電圧に与える影響
• 質疑応答

第4部 固体電解質の各種分析、総合解析事例

(2018年2月21日 15:45〜17:00)

　固体電解質の評価に有効な分析手法について、その原理から応用まで具体例を交えて紹介する。複数の分析手法を用いた総合解析事例も示す。

1. 固体電解質の分析
   1. 背景
   2. 評価項目、注目点
2. 固体電解質の分析例
   1. 形態観察、分散状態 (SEM、SEM – EDX)
   2. 組成評価 (RBS/NRA)
   3. イオン電導性 (磁場勾配NMR)
   4. 力学物性 (インデンテーション)
3. 応用例、総合解析事例
   1. 電圧印可時のLi深さ分布評価 (in situ RBS/NRA)
   2. 硫化物固体電解質の熱処理に伴う化学構造変化の評価
      1. 発生ガス分析 (TPD – MS)
      2. 化学構造解析 (温度変化ラマン分光法)
      3. 結晶構造解析 (温度変化XRD)
• 質疑応答