発表のポイント
- 正極と負極で挟む電解質を従来の液体から固体に変えて電池全体を固体で構成する「全固体電池」の重要な構成要素である固体電解質の一種「ガーネット型酸化物LLZO（Li7La3Zr2O12）」について、代表的な焼結法を系統的に比較しました
- ホットプレス（Hot Press：HP）と放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：SPS）のどちらの手法を用いても、焼結温度における数分間の処理により、同等の高密度化が実現できることを明らかにしました。
- 焼結体の構造や機能に手法による大きな差は見られず、焼結を進める決め手は「圧力と熱」であることを見出しました。
- 研究設備やコストの制約に左右されることなく、両手法を柔軟に選択できることで、今後全固体電池の研究開発が加速することが期待されます。
概要
全固体電池は火災や発火の危険性が少なく、安全性や寿命などの点で優れていることから、次世代電池として大きな期待が寄せられています。全固体電池の重要な構成要素である固体電解質の作製手法としては、代表的な手法にHPとSPSがありますが、これまではSPSが特に優れていると考えられてきました。
今回、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の程建鋒准教授らの研究チームは、固体電解質材料であるガーネット型酸化物Li7La3Zr2O12（LLZO）を対象に、HPとSPSを用いた焼結を直接比較しました。その結果、いずれの方法でも、焼結温度において数分間の処理で同等な高密度化を実現できることを解明し、従来考えられていたSPS特有のプラズマ効果は確認されず、圧力と熱が焼結体の構造と機能を決定付けていることが分かりました。これにより、固体電解質の研究開発における手法の選択肢が広がり、全固体電池の研究開発が加速することが期待されます。
本成果は、中央ヨーロッパ夏時間の8月28日にナノサイエンスとナノテクノロジーの国際的学術誌Smallのオンライン速報版に掲載されました。
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