全固体電池における電極材料の高容量化と高電圧対応化

第1部 全固体電池に求められる電極 (正負極) 材料の特性と開発動向

(2018年9月7日 10:00〜11:30)

　リチウムイオン電池の全固体化は、これまで携帯機器の電源として普及してきたリチウムイオン電池の信頼性を大幅に向上させ、車載用・定置用への道を開くものと期待されている。さらに電池の全固体化はこのような信頼性の向上にとどまるものではなく、高い潜在能力を持ちながらも有機溶媒電解質系では安定に動作することのない活物質の採用を可能とするものである。本講座では固体電解質の採用により高い理論エネルギー密度の達成を可能なものとすると考えられているいくつかの電極材料を紹介する。

1. リチウムイオン電池の全固体化
   1. 全固体電池リチウムイオン電池の課題
   2. 全固体化の利点
2. 全固体電池における正極材料
   1. 4V級正極材料
   2. 5V級正極材料
   3. 硫黄・硫化物系正極材料
3. 全固体電池における負極材料
   1. 炭素系材料
   2. 合金系材料
   3. 金属リチウム
• 質疑応答

第2部 高容量負極材料の作製と全固体電池への応用

(2018年9月7日 12:10〜13:40)

　本講演ではリチウム電池の負極材料の現状について触れた後、現在知られている高容量負極材料と課題について触れます。電池の全固体化の必要性について講演した後、全固体リチウム電池における、高容量負極の充放電特性について、最近得られた結果をいくつか発表いたします。Siと固体電解質の界面は電気化学的に極めて良好であり、SiやSnを用いることで、高容量なだけでなく、高出力特性を兼ね備えた電池の設計を可能にします。全固体電池においてSn負極は、従来のナノコンポジットのような特別な構造でなくても、市販品の粉末で十分動作することがわかってきています。またサイクルを繰り返すことで、むしろ出力特性が向上する結果が示唆されており、この結果を微細組織の変化と併せて講演いたします。

1. リチウム電池用の高容量負極材料
   1. 負極材料の現状と課題
   2. Siをはじめとする高容量負極の充放電機構
   3. 充放電に伴う体積変化
2. 体積変化抑制に向けた負極材料開発
   1. 多孔質化、ナノコンポジット構造
   2. 酸化物・窒化物の固相マトリックス導入
3. 全固体リチウム電池におけるSi薄膜の負極特性
   1. 放電レート特性
   2. 膜厚による充放電サイクル特性の変化
   3. 充放電後の電極組織の変化
4. SiOx薄膜の作製と、全固体電池における負極特性
   1. 高周波スパッタにより作製したSiOxの微細構造
   2. 充放電レート特性
   3. 充放電サイクル特性、膜厚依存性
5. 粉末負極材料の特性
   1. 充放電中のセルの拘束条件について
   2. Sn粉末負極の全固体電池中における充放電特性
   3. 充放電サイクル後のSn粉末/固体電解質合剤の微細組織変化
• 質疑応答

第3部 水素化マグネシウムを用いた全固体リチウムイオン電池負極材料の開発

(2018年9月7日 13:50〜15:20)

　水素化マグネシウムは、エネルギー材料の観点では、水素貯蔵材料として注目されてきた物質である。しかし、近年コンバージョン反応と呼ばれる水素化リチウム生成反応を通して2000mAh/g以上の容量を示す負極特性を示すことが示された。この時の反応電位は、Li/Li+に対して、0.5V程度で負極材料として期待される。本講座では、水素化マグネシウムの全固体リチウムイオン電池負極特性について、最新のデータも含めて紹介したい。

1. 水素貯蔵材料としてのマグネシウムとその表面改質および水素貯蔵特性
2. 水素化ホウ素リチウム – 水素化マグネシウムコンポジットにおける水素交換
3. 水素化マグネシウムの負極特性
4. 水素化ホウ素リチウムのリチウム超イオン伝導
5. 硫化物系固体電解質を用いた水素化マグネシウムの負極特性
6. リチウムイオン二次電池特性に与える水素化マグネシウムへの添加物効果
7. 水素化ホウ素リチウムを固体電解質として利用した水素化マグネシウムの負極特性
8. 水素化マグネシウムのリチウムイオン二次電池負極反応メカニズム
9. 水素化マグネシウム負極のサイクル特性
10. その他の水素化物を用いたリチウムイオン二次電池負極反応
• 質疑応答

第4部 全固体リチウム二次電池に向けた高容量正極材料の開発

(2018年9月7日 15:30〜17:00)

　電気自動車の普及に向けて、より安全で信頼性の高い次世代蓄電池の出現が強く望まれている。硫化物型全固体リチウム二次電池は、とりわけ実用化に向けての研究が加速している次世代電池系である。ここでは、まず硫化物型全固体電池の特徴と最近の研究動向について紹介し、結晶、ガラス、ガラスセラミック電解質の電気的性質、機械的性質、大気安定性について説明する。また、リチウムイオン電池を全固体化する際の課題や対策について、固体 – 固体界面構築やプロセス探索を中心に説明する。さらに、次世代全固体電池としての高容量リチウム – 硫黄系全固体電池を紹介し、その将来展望について述べる。

1. はじめに
   1. 全固体リチウム電池の特徴
   2. 全固体リチウム電池の研究動向
2. 硫化物系固体電解質材料
   1. 硫化物系固体電解質材料の機械的性質
   2. 硫化物系固体電解質材料の大気安定性
3. リチウムイオン電池の全固体化における課題と対策
   1. 活物質 – 固体電解質界面の構築
   2. 硫化物電解質のプロセッシング
4. 次世代全固体電池 – リチウム – 硫黄系全固体電池 -
   1. 硫黄や硫化リチウムを正極活物質とする全固体電池
   2. 硫黄系高容量正極複合体の創製
5. おわりに まとめと展望
• 質疑応答