Research Abstract


High-power all-solid-state batteries using sulfide superionic conductors

2016年3月21日 Nature Energy 1 : 16030 doi: 10.1038/nenergy.2016.30


全固体電池は、安全性を向上でき、高出力と高エネルギー密度の両方を実現できる可能性があるため、電解液を用いるリチウムイオン電池と比較して魅力的な選択肢となっている。幅広く研究が行なわれているにもかかわらず、全固体電池の開発は、主に実用化に必要な電解質に適した候補材料が存在しないため、未だに期待を裏切っている。本論文では、極めて高い伝導率(25 mS cm−1)を示すリチウム超イオン伝導体Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3と高い安定性(リチウム金属に対して約 0 V)を示すLi9.6P3S12を報告する。このリチウム超イオン伝導体を用いて作製した全固体電池は、特に100℃での内部抵抗が非常に小さいことがわかった。この電池は比出力が高く、電解液を用いる従来の電池より優れている。18C(わずか3分で充放電する;このCはCレート)という、高い電流密度の安定した電気化学サイクルも実現されている。

Yuki Kato, Satoshi Hori, Toshiya Saito, Kota Suzuki, Masaaki Hirayama, Akio Mitsui, Masao Yonemura, Hideki Iba & Ryoji Kanno

Corrsonding Author

加藤 祐樹
トヨタ自動車株式会社 東富士研究所

菅野 了次
東京工業大学大学院 総合理工学研究科 物質電子化学専攻

Compared with lithium-ion batteries with liquid electrolytes, all-solid-state batteries offer an attractive option owing to their potential in improving the safety and achieving both high power and high energy densities. Despite extensive research efforts, the development of all-solid-state batteries still falls short of expectation largely because of the lack of suitable candidate materials for the electrolyte required for practical applications. Here we report lithium superionic conductors with an exceptionally high conductivity (25 mS cm−1 for Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3), as well as high stability (∼0 V versus Li metal for Li9.6P3S12). A fabricated all-solid-state cell based on this lithium conductor is found to have very small internal resistance, especially at 100 C. The cell possesses high specific power that is superior to that of conventional cells with liquid electrolytes. Stable cycling with a high current density of 18 C (charging/discharging in just three minutes; where C is the C-rate) is also demonstrated.