8/26 全固体電池の界面抵抗の発生機構と評価・低減技術

全固体電池の界面抵抗の発生機構と評価・低減技術

界面抵抗の起源を解明するための評価技術
界面構造・結晶方位・大気曝露・熱処理などが界面抵抗に与える影響
高性能化・高速充放電化に向けた界面設計・低抵抗化

講師

東京大学　大学院理学系研究科　化学専攻　固体化学研究室　特任准教授　博士(科学)　西尾 和記　氏

専門：固体化学、固体物理、電気化学、全固体電池、自律実験
2011年3月　東京大学 大学院新領域創成科学研究科 博士課程修了，博士（科学）．
2011-2014年　物質・材料研究機構にて全固体Li電池の研究に従事．
2014-2016年　スタンフォード大学にて触媒の研究に従事．
2016年　東北大学 助教，
2017年4月より　東京科学大学 物質理工学院 特任助教，
2021年より　同大学にて特任准教授．
2026年4月より　東京大学 特任准教授．
真空薄膜作製技術を基盤として、全固体電池における界面抵抗の発生機構解明および界面制御技術の研究に従事．

セミナー趣旨

近年、電気自動車や再生可能エネルギー利用の拡大に伴い、高安全・高エネルギー密度を実現する全固体リチウム電池への期待が高まっています。一方で、実用化に向けては、固体電解質と電極界面で生じる「界面抵抗」が大きな課題となっています。
　本講演では、リチウムイオン二次電池および全固体電池の基礎、開発の歴史、性能向上に向けた課題を整理するとともに、全固体電池における界面抵抗の起源について解説します。特に、薄膜型モデル電池、全真空プロセスによる清浄界面形成、エピタキシャル薄膜作製技術、電気化学インピーダンス法を用いた定量評価を通じて、界面構造・結晶方位・大気曝露・熱処理が界面抵抗へ与える影響を議論します。さらに、5 V級高電圧正極や硫化物系固体電解質を対象とした研究も紹介し、全固体リチウム電池の高性能化・高速充放電化への展望について解説します。

セミナー講演内容

１．リチウムイオン二次電池
　1.1 電池の基礎
　1.2 リチウムイオン二次電池の開発の流れ
　1.3 リチウムイオン二次電池の課題

２．全固体Li電池の開発動向
　2.1 全固体電池の基礎
　2.2 全固体Li電池の性能
　2.3 高性能化に向けた課題：界面抵抗

３．界面抵抗の起源を解明する定量的な研究
　3.1 薄膜型電池の活用
　3.2 全真空プロセスによる清浄界面の形成
　3.3 エピタキシャル薄膜作製技術
　3.4 界面抵抗の評価：電気化学インピーダンス法

４．界面抵抗の定量的起源解析
　4.1 LiCoO2正極と固体電解質の清浄な界面
　　4.1.1 固体電解質の作製条件に依存する界面抵抗
　　4.1.2 界面の抵抗と構造の関係
　4.2 大気曝露界面の定量的な研究
　　4.2.1 気体曝露による界面抵抗の影響
　　4.2.2 アニール処理による電池性能の改善
　4.3 電極材料の結晶方位と界面抵抗の関係
　　4.3.1 層状岩塩型固溶体正極材料
　　4.3.2 ルチル型TiO2活物質
　4.4 5 V級正極における界面の定量的な研究
　　4.4.1 高速充放電
　　4.4.2 清浄な界面形成による電池容量の増大
　　4.4.3 界面抵抗の結晶方位依存性
　4.5 時間に依存する界面抵抗変化
　　4.5.1 5 V級LiCo0.5Mn1.5O4正極の電池特性
　4.6 硫化物系固体電解質と正極の界面抵抗の起源
　　4.6.1 界面抵抗起源のモデル
　　4.6.2 LiCoO2正極における界面抵抗の起源

５．界面抵抗の定量的な研究を通して
　全固体リチウム電池のさらなる高性能化への期待

　□質疑応答□