東京工業大：－20℃でも高いLi伝導性：有機分子結晶を開発（動画）：
TIT: High Li conductivity even at -20 ° C: Organic molecular crystals：
东京工业大学：甚至在-20°C时仍具有高锂电导率：发达的有机分子晶体
ーLi伝導性が高い有機分子結晶を開発ー
静岡大学と東京工業大学：
研究グループ：
2020年11月、低温環境でも高いリチウムイオン伝導性を示す「有機分子結晶」を開発したと発表した。
－20℃における伝導度は従来のほぼ100倍を示し、寒冷地仕様の自動車などに搭載できる。
全固体電池の固体電解質として、応用する。
全固体電池のメリット：
現行のリチウムイオン電池に比べ、
- 液漏れや発火を抑えることができ、
- 安全性を向上できるからだ。
- 直列積層構造により、蓄電池の小型軽量化も可能だという。
従来の固体電解質：
これまで、「セラミックス」や「ガラス」やポリマー材料が研究されてきた。
しかし、全固体電池の実用化や量産に向けては、さまざまな難点がある。
今回の固体電解質：
新たな固体電解質として、結晶格子中で分子が規則的に配列している「分子結晶」（結晶性有機物）に注目した。
リチウム塩や有機分子の組み合わせ、
- 反応比を適切に選択すれば、
- 分子からなるイオン伝導パスを、構築することが可能、
- しかも、分子結晶は適度には、柔軟性がある。
全固体電池の電解質‐電極間において、良好な界面を形成できる。
分子結晶の材料設計：
研究グループはこれまで、高いLiイオン伝導性を有する分子結晶の材料設計において、
- 「Li周辺の相互作用の低減」
- 「Li‐Li間距離の短縮」、
- 「空き配位座の存在」、
が重要であることを明らかにしてきた。
今回の実験：
構成要素の選択：
- リチウムアミド（LiFSA：Li｛N（SO2F）2｝）
- スクシノニトリル（SN：NCCH2CH2CN）
上記2材料を用いた。
混合、加熱プロセス：
LiFSAとSNを、
- アルゴン雰囲気下において、
- モル比1対2で混合し、
- 均一な融液となるまで加熱した。
混合・加熱の結果：
Li（FSA）（SN）2を加熱し得られた融液は、
- 59.5℃の融点以下まで冷却すると、
- 再度、結晶化され、三次元骨格構造が再形成される。
固体電解質の特性：
これは、
- 蓄電池・作製時には、融液として扱い、
- 蓄電池・動作時には、固体として用いることが可能、
固体電解質であることを示したものだという。
イオン伝導性を評価：
Li（FSA）（SN）2単結晶を粉砕して、加圧成型したペレットを用い、
交流インピーダンス法でイオン伝導性を評価した。
イオン伝導の活性化：
この結果、イオン伝導性は、
- 室温近く（30℃）で10-4Scm-1となり、
- 低温条件（－20℃）でも10-5Scm-1という
極めて高い値を示した。
さらに、
- イオン伝導の活性化エネルギー（Ea）は、28kJmol-1となり、
- リチウムイオン輸率（tLi＋）は、0.95となるなど、
「硫化物系セラミック電解質に匹敵する特性を得られること」が分かった。
全固体電池を作製：
研究グループは、これらの成果を基に、Li（FSA）（SN）2を固体電解質とした薄膜型全固体電池を作製した。
その工程はこうだ。
- まず、Li（FSA）（SN）2を加熱し得られた融液を、正極のLiCoO2薄膜上垂らす。
- 次に、滴下したLi（FSA）（SN）2融液上に、負極となる金属Liを静かに置く。
- そして、自然放冷によって結晶化すれば、
Li（FSA）（SN）2を固体電解質とする全固体電池が出来上がる。
全固体電池の充放電試験：
作製した薄膜全固体電池の充放電試験を行った。
この結果、放電容量はサイクルごとに減少する。
100サイクル目の放電容量は、初期放電容量の90％を維持していることを確認した。
EE Times Japan