All-solid-state lithium battery: Interfacial resistance reduced to 1 / 2,800!
-Tokyo Institute of Technology elucidates the origin of interfacial resistance generation-
-Further higher output of all-solid-state batteries-
2022.07.22
Tokyo Institute of Technology
“Origin of high interfacial resistance between solid sulfide electrolyte and electrode material”
“It is a chemical reaction layer” was clarified.
A “solid electrolyte with a thickness of 10 nm” was introduced into the interface.
Succeeded in “suppressing the formation of a chemical reaction layer and reducing the interfacial resistance to 1 / 2,800”.
High-performance all-solid-state lithium batteries such as “fast charging and stable battery operation” are possible.
All-solid-state lithium battery:
It is expected to be used as an electric vehicle and a large stationary storage battery, and research and development for improving its performance is underway.
Achieves fast charging:
To achieve fast charging
There is an urgent need to “reduce the high interfacial resistance between the sulfide solid electrolyte and the electrode material”.
However, the origin of this high interfacial resistance has been unknown.
Origin of interfacial resistance:
When “Li3PS4 solid electrolyte and LiCoO2 electrode material” are in contact with each other to form an interface
It was found that “structural changes and sulfur diffusion occur from the surface of the LiCoO2 electrode to a depth of about 10 nm.”
Sulfur diffusion phenomenon:
This is the chemical reaction layer.
“When the chemical reaction layer was present at the interface, extremely high interfacial resistance” occurred, and the battery did not operate.
Introduced buffer layer (Li3PO4 thin film):
but,
It was found that “introducing a buffer layer (Li3PO4 thin film) into this interface can suppress the formation of a chemical reaction layer.”
We were able to maintain an “ordered interface structure at the atomic level”.
Significance of this study:
This is an important step toward elucidating the origin of interfacial resistance toward higher output of all-solid-state lithium batteries.
reaserch result:
It was published as an Article in the journal of the American Chemical Society “ACS Applied Materials and Interfaces” on July 21st.
Tokyo Institute of Technology News | Tokyo Institute of Technology
https://www.titech.ac.jp/news/2022/064488
Batterie au lithium tout solide : Résistance interfaciale réduite à 1/2 800 !
-Tokyo Institute of Technology élucide l’origine de la génération de résistance interfaciale-
– Rendement encore plus élevé des batteries entièrement à semi-conducteurs –
2022.07.22
Institut de technologie de Tokyo
“Origine de la résistance interfaciale élevée entre l’électrolyte sulfuré solide et le matériau d’électrode”
“C’est une couche de réaction chimique” a été précisé.
Un « électrolyte solide d’une épaisseur de 10 nm » a été introduit dans l’interface.
A réussi à “supprimer la formation d’une couche de réaction chimique et à réduire la résistance interfaciale à 1/2 800”.
Des performances élevées des batteries au lithium à semi-conducteurs, telles qu’une “charge rapide et un fonctionnement stable de la batterie”, sont possibles.
Batterie au lithium tout solide :
Il devrait être utilisé comme un véhicule électrique et une grande batterie de stockage stationnaire, et la recherche et le développement pour améliorer ses performances sont en cours.
Atteint une charge rapide :
Pour obtenir une charge rapide
Il existe un besoin urgent de “réduire la résistance interfaciale élevée entre l’électrolyte solide sulfuré et le matériau d’électrode”.
Cependant, l’origine de cette résistance interfaciale élevée est inconnue.
Origine de la résistance interfaciale :
Lorsque “l’électrolyte solide Li3PS4 et le matériau d’électrode LiCoO2” sont en contact l’un avec l’autre pour former une interface
Il a été constaté que “des changements structurels et une diffusion du soufre se produisent à partir de la surface de l’électrode LiCoO2 jusqu’à une profondeur d’environ 10 nm”.
Phénomène de diffusion du soufre :
C’est la couche de réaction chimique.
“Lorsque la couche de réaction chimique était présente à l’interface, une résistance interfaciale extrêmement élevée” s’est produite et la batterie n’a pas fonctionné.
Couche tampon introduite (film mince Li3PO4):
mais,
Il a été constaté que “l’introduction d’une couche tampon (film mince Li3PO4) dans cette interface peut supprimer la formation d’une couche de réaction chimique”.
Nous avons pu maintenir une “structure d’interface ordonnée au niveau atomique”.
Importance de cette étude :
Il s’agit d’une étape importante vers l’élucidation de l’origine de la résistance interfaciale vers un rendement plus élevé des batteries au lithium à l’état solide.
résultat de la recherche :
Il a été publié sous forme d’article dans le journal de l’American Chemical Society “ACS Applied Materials and Interfaces” le 21 juillet.
Actualités de l’Institut de technologie de Tokyo | Institut de technologie de Tokyo
All-Solid-State-Lithium-Batterie: Grenzflächenwiderstand auf 1 / 2.800 reduziert!
-Tokyo Institute of Technology klärt den Ursprung der Bildung von Grenzflächenwiderständen auf-
-Noch höhere Leistung von All-Solid-State-Batterien-
22.07.2022
Technisches Institut Tokio
“Ursprung des hohen Grenzflächenwiderstandes zwischen Festsulfidelektrolyt und Elektrodenmaterial”
“Es ist eine chemische Reaktionsschicht” wurde klargestellt.
In die Grenzfläche wurde ein “Festelektrolyt mit einer Dicke von 10 nm” eingebracht.
Es gelang, „die Bildung einer chemischen Reaktionsschicht zu unterdrücken und den Grenzflächenwiderstand auf 1/2.800 zu reduzieren“.
Eine hohe Leistung von All-Solid-State-Lithiumbatterien wie „schnelles Laden und stabiler Batteriebetrieb“ ist möglich.
All-Solid-State-Lithiumbatterie:
Es wird erwartet, dass es als Elektrofahrzeug und als große stationäre Speicherbatterie verwendet wird, und Forschung und Entwicklung zur Verbesserung seiner Leistung sind im Gange.
Erreicht schnelles Aufladen:
Um eine schnelle Aufladung zu erreichen
Es sei dringend erforderlich, „den hohen Grenzflächenwiderstand zwischen dem sulfidischen Festelektrolyten und dem Elektrodenmaterial zu reduzieren“.
Der Ursprung dieses hohen Grenzflächenwiderstands war jedoch unbekannt.
Ursprung des Grenzflächenwiderstands:
Wenn “Li3PS4-Festelektrolyt und LiCoO2-Elektrodenmaterial” miteinander in Kontakt stehen, um eine Grenzfläche zu bilden
Es wurde festgestellt, dass “strukturelle Veränderungen und Schwefeldiffusion von der Oberfläche der LiCoO2-Elektrode bis zu einer Tiefe von etwa 10 nm auftreten”.
Schwefeldiffusionsphänomen:
Dies ist die chemische Reaktionsschicht.
„Als die chemische Reaktionsschicht an der Grenzfläche vorhanden war, trat ein extrem hoher Grenzflächenwiderstand auf“, und die Batterie funktionierte nicht.
Eingebrachte Pufferschicht (Li3PO4-Dünnschicht):
aber,
Es wurde festgestellt, dass “das Einbringen einer Pufferschicht (Li3PO4-Dünnfilm) in diese Grenzfläche die Bildung einer chemischen Reaktionsschicht unterdrücken kann”.
Wir konnten eine “geordnete Grenzflächenstruktur auf atomarer Ebene” aufrechterhalten.
Bedeutung dieser Studie:
Dies ist ein wichtiger Schritt zur Aufklärung des Ursprungs des Grenzflächenwiderstands in Richtung höherer Leistung von All-Solid-State-Lithiumbatterien.
Forschungsergebnis:
Es wurde am 21. Juli als Artikel in der Zeitschrift der American Chemical Society „ACS Applied Materials and Interfaces“ veröffentlicht.
Nachrichten des Tokyo Institute of Technology | Tokyo Institute of Technology
Immense Reduction in Interfacial Resistance between Sulfide Electrolyte and Positive Electrode
ACS Applied Materials & Interfaces
Abstract
Low interfacial resistance between the solid sulfide electrolyte and the electrode
is critical for developing all-solid-state Li batteries;
however,
the origin of interfacial resistance has not been quantitatively reported in the literature.
This study reports
the resistance values across the interface between an amorphous Li3PS4 solid electrolyte and a LiCoO2(001) epitaxial thin film electrode in a thin-film Li battery model.
High interfacial resistance is observed, which is attributed to the spontaneous formation of an interfacial layer between the solid electrolyte and the positive electrode upon contact.
That is,
the interfacial resistance originates from an interphase mixed layer instead of a space charge layer.
The introduction of a 10 nm thick Li3PO4 buffer layer between the solid electrolyte and positive electrode layers
suppresses the formation of the interphase mixed layer, thereby leading to a 2800-fold decrease in the interfacial resistance.
These results provide insight into reducing the interfacial resistance of all-solid-state Li batteries with sulfide electrolytes by utilizing buffer layers.