東京工業大学の一杉太郎教授らは、東北大学の河底秀幸助教、日本工業大学の白木將教授と共同で、高出力型全固体電池で極めて低い界面抵抗を実現し、超高速充放電の実証に成功した。

 現在、通常のリチウムイオン電池より高い電圧を発生する高出力型全固体電池が注目されている。実用化への課題の1つが、高電圧を発生する電極と固体電解質が形成する界面でのリチウムイオンの抵抗低減だが、界面抵抗低減についての明確な方策はなく、実現性は不明だった。

 研究グループでは、薄膜作製技術と超高真空プロセスを活用し、5 V程度の高電圧を発生する電極材料を用いた理想的な全固体電池を作製。固体電解質と電極の界面におけるイオン伝導性を評価した結果、界面抵抗が7.6Ωcm2という極めて低い値となった。これは、従来の全固体電池での報告より2桁程度低く、液体電解質を用いた場合と比較しても1桁程度低い。さらに、活性化エネルギーは、超イオン伝導体と同程度の低い値(0.3 eV程度)を示した。

 このような低抵抗界面の安定性を探るため充放電試験を行い、大電流(14mA/cm2)でも安定して高速充放電することに成功した。100回の超高速充放電では、電池容量の変化は全く見られず、リチウムイオンの高速な移動に対して、固体電解質と電極の界面が安定であることを実証した。また、全固体電池の構造解析を行った結果、固体電解質と電極の界面を形成した直後に、固体電解質から電極へ、リチウムイオンが自発的に移動することも明らかになった。

 今回の成果は、高出力型全固体電池の実用化に向けて重要な一歩となるのみならず、固体電解質と電極の界面におけるイオン輸送の学理構築にもつながることが期待される。

論文情報:【ACS Applied Materials and Interfaces】Extremely low resistance of Li3PO4 electrolyte/Li(Ni0.5Mn1.5)O4electrode interfaces

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