Allsolidstate LIB:界面抵抗が1/2,800に！
Résistance interfaciale réduite à 1/2,800!
Grenzflächenwiderstand auf 1/2,800 reduziert!
Interfacial resistance reduced to 1/2,800!
界面電阻降至1/2,800！
ー東工大、界面抵抗発生の起源を解明ー
ー全固体電池のさらなる高出力化ー
2022.07.22
東京工業大学
「硫化物固体電解質と電極材料間における高い界面抵抗の起源」が、
「化学反応層であること」を解明した。
「厚み10 nmの固体電解質」を、界面に導入した。
- 「化学反応層の形成を抑制し、界面抵抗を1/2,800に低減すること」に成功。
- 「高速充電や安定な電池動作」など、全固体リチウム電池の高性能化が可能。
全固体リチウム電池：
電気自動車や定置大型蓄電池として期待され、高性能化の研究開発が進められている。
高速充電を実現：
高速充電を実現するために、
「硫化物固体電解質と電極材料間の、高い界面抵抗の低減」が急務である。
しかしこの高い界面抵抗の起源は、これまで不明だった。
界面抵抗の起源：
「Li3PS4固体電解質とLiCoO2電極材料」が接して、界面を形成した場合、
「LiCoO2電極表面から約10 nm深さまで、構造変化や硫黄の拡散が生じること」が分かった。
硫黄の拡散現象：
これが化学反応層である。
「化学反応層が界面に存在すると、極めて高い界面抵抗」が生じ、電池は動作しなかった。
緩衝層（Li3PO4薄膜）導入：
しかし、
「この界面へ緩衝層（Li3PO4薄膜）を導入すると、化学反応層の生成を抑制できること」が判明。
「原子レベルで秩序だった界面の構造」を維持できた。
本研究の意義：
全固体リチウム電池の高出力化に向け、界面抵抗の起源を解明した重要な一歩となる。
研究成果：
7月21日に米国化学会誌「ACS Applied Materials and Interfaces」にArticleとして掲載された。
東工大ニュース | 東京工業大学
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.