全固体電池の反応、劣化解析とそのメカニズム

第1部 全固体電池の分極要因と電気化学インピーダンス解析

(2024年1月25日 10:30〜12:00)

　次世代蓄電池の一つとして、全固体電池が注目されています。他の電気化学デバイスと同様に、電気化学インピーダンスによる解析は、電池の分極要因や劣化要因の解明に有効ですが、全固体電池では従来のリチウムイオン電池と比べ、分極要因が多岐にわたり、複数の分極要因がきれいに分離できないこともあります。分極要因を正しく帰属しないと、正しい解析はできず、開発方針を誤ってしまうことになりかねません。 　本セミナーでは、実測例やシミュレーションの結果を用いながら、全固体電池固有の分極要因を基礎から説明し、それらの分離法などを説明します。

1. 全固体電池
   1. 次世代蓄電池と全固体電池
2. 電気化学デバイスの複素インピーダンス
   1. 複素インピーダンス
   2. 電気素子の複素インピーダンス
   3. 電気化学インピーダンス
3. 全固体電池に固有の分極要因と電気化学インピーダンス
   1. 固体電解質の分極要因
      1. バルク抵抗
      2. 粒界抵抗
   2. 合剤電極層の分極要因
      1. 電荷移動抵抗
      2. 拡散分極
      3. 固体電解質の抵抗
      4. 電子伝導の抵抗
   3. 全固体電池の分極要因と電気化学インピーダンスによる分離
4. 電気化学インピーダンスの測定上の注意
   1. 固体電解質のインピーダンス測定上の注意
   2. 全固体電池のインピーダンス測定上の注意
5. まとめ
• 質疑応答

第2部 全視野透過X線顕微鏡による薄膜全固体電池の電池反応、劣化挙動の可視化

(2024年1月25日 13:00〜14:30)

　全固体電池は、次世代の二次電池として注目されていますが、実用化に向けた課題が残っています。これらの課題解決に向けて、まずは、計測手法により反応・劣化挙動を観察することが必須であり、顕微分光計測の重要性は増しております。 　本講演では、放射光X線を用いた最新の顕微分光技術の一例として、全視野型結像透過X線顕微鏡-X線吸収微細構造 (TXM-XAFS) 法の仕組み・実験・解析方法について、実際に行った薄膜型全固体電池を対象としたオペランド計測研究を交えながら解説していきたいと思っております。

1. 顕微分光計測とは
   1. 顕微鏡技術・光源の種類
   2. X線吸収微細構造 (XAFS) 法
   3. 各種顕微分光計測の空間スケールと電池材料系で対象になる領域
2. 全視野透過X線顕微鏡-X線吸収微細構造 (TXM-XAFS) 法の仕組み
   1. 実験光学系・原理
   2. 計測データの取り扱い・解析方法
3. 実際の研究での利用例: オペランド全視野TXM-XAFS計測による薄膜型全固体電池の電池反応、劣化挙動の可視化
   1. 全固体電池の種類・課題
   2. オペランド測定に向けた試料調整
   3. 測定実験
   4. 空間分解XAFSスペクトル解析
   5. 充放電過程における正極/負極層の化学状態分布
4. まとめ・今後の展開
• 質疑応答

第3部 高濃度固体界面含有複合体正極の全固体電池応用とその解析

(2024年1月25日 14:45〜16:15)

　本講座では、硫黄をはじめとした絶縁性活物質の全固体電池利用に向けた検討をお話しします。絶縁生活物質の利用にはイオンと電子の供給を担う固体電解質と電子伝導助剤を、活物質と微細かつ緻密に混合する必要があります。この過程で従来の全固体電池正極に存在する単位体積あたりの界面面積、つまり界面濃度が著しく上昇します。これにより、複合体中では化学的、電気化学的な反応や輸送経路の屈曲が顕在化します。 　本セミナーでは、これらの問題点を一つずつ具体例を持って洗い出し、その改善への道筋を議論することを目標とします。

1. 全固体リチウム硫黄電池
2. 硫黄正極の利点
3. 固体電解質のイオン輸送
4. 固体電解質の安定性
5. 正極複合体の構造
6. 複合体内の輸送
7. 複合体内の輸送解析の必要性
8. 電圧印加による変化
9. 硫黄レドックスの利用
10. 新規電解質との親和性
• 質疑応答