全固態鋰電池：界面電阻降至1 / 2,800！
-東京工業大學闡明界面阻力產生的起源-
-進一步提高全固態電池的輸出-
2022.07.22
東京工業大學
“固體硫化物電解質與電極材料之間高界面電阻的由來”
明確了“是化學反應層”。
在界面中引入了“厚度為 10 nm 的固體電解質”。
成功“抑制化學反應層的形成，將界面電阻降低到 1 / 2,800”。
“快速充電和穩定電池運行”等全固態鋰電池的高性能成為可能。
全固態鋰電池：
預計將用作電動汽車和大型固定式蓄電池，並正在進行改進其性能的研究和開發。
實現快速充電：
實現快速充電
迫切需要“降低硫化物固體電解質與電極材料之間的高界面電阻”。
然而，這種高界面電阻的起源尚不清楚。
界面阻力的來源：
當“Li3PS4固體電解質和LiCoO2電極材料”相互接觸形成界面時
發現“結構變化和硫擴散從 LiCoO2 電極表面到大約 10 nm 的深度發生”。
硫擴散現象：
這是化學反應層。
“當界面處存在化學反應層時，界面電阻非常高”，電池無法工作。
引入緩衝層（Li3PO4薄膜）：
但，
發現“在該界面中引入緩衝層（Li3PO4薄膜）可以抑制化學反應層的形成”。
我們能夠維持“原子級別的有序界面結構”。
本研究的意義：
這是闡明全固態鋰電池更高輸出的界面電阻起源的重要一步。
研究結果：
它於 7 月 21 日作為文章發表在美國化學學會期刊《ACS Applied Materials and Interfaces》上。
東京工業大學新聞 | 東京工業大學
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.