電池材料研究室

シート形・全無機・全固体リチウムイオン二次電池の開発

　文科省やJST、経産省の補助金（科研費、ALCA－SPRING、NEDO、サポイン）などの競争的資金を活用して、大量生産に適した塗工法をベースとする全無機・全固体電池シートを作製する材料開発、技術開発を行っています。
　電極活物質、導電助剤、固体電解質などの電池材料を溶剤と混合したスラリーを、金属箔上に塗布しシート化する際に用いるバインダー（糊剤）は、絶縁性であるため電池に含まれていると本来の性能を発揮しません。そこで熱分解性バインダーを開発し、全固体電池作製後にバインダーを熱分解することによって、バインダーを含まないシート形全固体電池を作製することに成功しました。高速充放電が必要な製品の電池として応用が期待されます。また、競争的資金を活用してシート型全固体電池製造装置の試作も行いました。

山本真理、加藤敦隆、高橋雅也

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シリコンナノ構造制御による全固体電池への応用

　リチウムイオン電池で汎用される黒鉛の十倍以上の容量を持つシリコンは、次世代負極活物質として期待されています。ところが充放電時の体積変化が非常に大きく、充放電サイクルと共に容量が著しく劣化します。シリコンを多孔質化やナノファイバー化することにより、膨張収縮時のひずみを抑え、容量を維持させることに成功しました。全固体電池の高エネルギー密度化に寄与できます。

山本真理、加藤敦隆、高橋雅也

柔軟な構造を持つ硫化物系固体電解質の開発

　全固体電池に用いる固体電解質は硬く、固体間の接触が不十分なため接触抵抗が大きくなり、シート成形後の伝導性は低下します。そこで、柔軟な構造を持つ硫化物系固体電解質の開発を行いました。これをバインダとして添加することで固体電解質や電極複合材料のシート化が可能となり、シート形全固体電池として作動することを確認しました。

加藤敦隆、山本真理、高橋雅也

酸化物系全固体電池の開発

　メカニカルミリング法、双ローラ超急冷法、ゾル・ゲル法、エレクトロスピニング法等、多様な技術で電池材料を合成し、一軸プレスや放電プラズマ焼結（SPS）法で錠剤型酸化物系全固体電池、もしくは転写、塗工法、エアロゾルデポジション法、スプレー熱分解法等でシート形酸化物系全固体電池を作製するプロセス開発を行っています。

• ① 正極（リン酸鉄リチウムLiFePO4）、電解質（Li7SiPO7）、負極（チタン酸リチウムLi4Ti5O12）の微粒子を金属箔状に吹き付け3層積層構造体を作成しました。これは室温で充放電が可能で全固体電池として働くことを確認しました。（エアロゾルデポジション法）
• ② 溶剤に溶解した金属錯体を加熱基板上に吹き付けることにより、正極や負極薄膜を作製しました。高価な装置を必要としない手法として注目されています。（スプレー熱分解法）
• ③ NMC3元系正極活物質のナノファイバーを作製しました。球状の活物質を用いて作製した全固体電池と比較して、ナノファイバー状を用いると、放電容量は高く、ファイバー状が有効であることが分かりました。ファイバーに沿って伝導するとともに、電極層中のナノファイバーがネットワークを形成し、活物質が隅々まで有効に働いたと考えられます。（エレクトロスピニング法）
• ④柔らかい酸化物系固体電解質においても、プレスだけで電池材料同志の緊密な接触が取れて、良好なLi⁺イオン伝導パスの構築に成功しました。

高橋雅也、山本真理、加藤敦隆

連携大学院

奈良先端科学技術大学院大学　物質創生科学領域　先進機能材料研究室　　⇒　　詳細はこちら

山本真理　奈良先端科学技術大学院大学　客員准教授（連携）
加藤敦隆　奈良先端科学技術大学院大学　客員研究員（連携）
高橋雅也　奈良先端科学技術大学院大学　客員教授（連携）

学協会

日本セラミックス協会関西支部幹事　山本真理
日本セラミックス協会関西支部役員　高橋雅也

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