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リチウムイオン二次電池
固体NMRによる全固体電池の解析

固体NMRは全固体電池界面の輸送特性解析に有用です。

全固体電池開発における技術課題

全固体電池は、リチウムイオン電池の特性を超えるポテンシャルを持つ次世代の電池として研究開発が進んでいますが、液系リチウムイオン電池とは電極構造が違い、イオン伝導パスが不安定になりやすい性質を持っています。そのため理想的なエネルギー密度、出力密度を得るためには、良好な固-固界面形成及び空隙を低減する設計、制御、作りこみが重要です。
そこで、日産アークでは、この課題解決に向け、EXSY-NMRによるイオン伝導測定を実施しました。

交換NMR(EXSY-NMR)

今回は2サイトの交換速度から界面のイオン伝導性評価が可能である交換NMR(EXSY-NMR)を用いて評価します。
EXSY-NMRでは、化学交換するサイト間の交換により生じる核磁化の変化から、異なるサイトを経由する拡散現象を捉えます。
その時の化学交換するサイト間の交換速度から、拡散係数・イオン伝導度を算出します。

EXSY-NMRのLi2S-LiI系への適用

この分析手法をLi2S-LiI固溶体を用いて解析を進めたところ、2サイト((A)と(B))間のイオン交換によるスペクトル変化を観測しました。
さらに、交換速度定数と拡散係数、イオン伝導度を計算したところ、界面のイオン伝導度は非常に高く、バルクとほぼ同様であることがわかりました。

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