全固体電池における材料設計・合成、固体界面構築と評価解析と最新の研究動向

全固体リチウム二次電池は、安全、長寿命、高エネルギー密度、高出力を兼ね備えた次世代電池として期待されています。電解液を超えるリチウムイオン伝導性を有する固体電解質が複数開発され、小型電池ではリチウムイオン電池を超える出力性能も実証されています。 　一方で、本格的な実用化には、新物質開拓、電極複合体設計、材料合成プロセス、電池製造プロセスなどそれぞれでブレイクスルーが求められ、素材・材料メーカー、製造機械メーカーなどの全固体電池の研究開発への参入が強く求められています。 　本セミナーでは、最近全固体電池の研究に興味を持ち始めた方を主な対象として、全固体電池の研究を開始するにあたっての注意点や、電極活物質や固体電解質開発における要点、固相反応法・メカノケミカル法・液相合成法を用いた固体電解質の液相合成、電極 – 電解質界面などの固体界面の構築、電気化学的手法を用いた全固体電池の解析、シート型全固体電池の試作など、主として材料化学の観点から硫化物系固体電解質を用いた全固体電池の研究を概説します。また、酸化物型全固体電池、全固体リチウム – 硫黄電池、全固体ナトリウム電池など、最新の研究成果についても紹介します。

1. 全固体リチウム二次電池材料の考え方
   1. リチウムイオン電池の基礎
   2. 全固体リチウム二次電池の構造
   3. 全固体電池の種類と特徴
2. 固体電解質の考え方
   1. 固体電解質の種類と考え方
   2. ガラス、超イオン伝導性結晶、ガラスセラミックス
   3. 最近開発した固体電解質の紹介
      • Li4SnS4

1. 硫化物系固体電解質の合成法
   1. 固相反応法
   2. メカノケミカル法
   3. 液相法
2. 固体界面構築の考え方と評価解析手法
   1. 全固体電池の内部抵抗の解析 (電気化学インピーダンス法)
   2. 電極 – 電解質間の電極反応の高速化 ～固体界面での副反応とその抑制～ (TEM)
   3. 固体電解質の機械的特性①
      • 固体電解質の成形①
        • 常温加圧焼結
        • 断面SEM
   4. 固体電解質の機械的特性②
      • 固体電解質の成形②
        • 軟化融着
   5. 固体電解質の機械的特性③
      • 弾性率測定
        • 超音波パルス法
        • 圧縮試験
   6. 理想的な電極構造に関する検討
   7. 電極複合体のイオン及び電子伝導度測定
      • 直流分極法
      • 交流インピーダンス法
   8. 常温加圧焼結による室温プロセスによる全固体電池の作製
3. シート型全固体電池の試作
   1. 電極および固体電解質のシート化手法と注意点
   2. シート型全固体電池の試作
4. 酸化物系固体電解質を用いた全固体電池
   1. 高成形性酸化物系固体電解質
   2. 高成形性酸化物系電極活物質
5. 全固体リチウム – 硫黄二次電池の材料開発
   1. 硫黄 – 炭素複合体
   2. 硫化リチウム系正極活物質
   3. 遷移金属多硫化物
   4. 電極 – 電解質二元機能物質
   5. 全固体電池における金属リチウム負極
6. 全固体ナトリウム二次電池
   1. 固体電解質
   2. 硫化物系正極活物質と合金系負極
• 質疑応答