計算科学からコーティングまで全固体電池材料探索を加速(From Computation to Coating: Argonne Accelerates Search for Solid-State Battery Materials)

2026-07-16 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

米国エネルギー省(DOE)アルゴンヌ国立研究所の研究チームは、全固体電池用硫化物固体電解質の性能を向上させる超薄膜保護コーティング材料を、計算科学と実験を組み合わせて効率的に探索する手法を開発し、その成果をAdvanced Scienceに発表した。研究では、密度汎関数理論(DFT)を用いて原子層堆積法(ALD)で形成可能な酸化物コーティングを網羅的に評価し、リチウム金属、固体電解質(LPSCl)、正極との界面での反応を予測した。その結果、コーティング材料そのものの化学的安定性よりも、界面反応によって生成される化合物がリチウムイオンを通し電子を遮断できるかどうかが性能を左右する重要因子であることを明らかにした。実験では、酸化マグネシウム(MgO)がリチウム金属との界面安定性を高め、界面抵抗を低減し、電池性能を向上させる有望な保護膜であることを実証した。本研究は、計算予測と実験検証を組み合わせることで、全固体電池材料の開発を大幅に高速化できる新たな設計指針を示した。

計算科学からコーティングまで全固体電池材料探索を加速(From Computation to Coating: Argonne Accelerates Search for Solid-State Battery Materials)
Computation and experiment were combined to find candidate protective coatings for sulfide-based solid electrolytes and uncover what makes those coatings work. (Image by Argonne National Laboratory.)

<関連情報>

固体電池の安定性と性能向上を目的とした硫化物固体電解質粉末コーティングの計算機支援開発 Computationally-Guided Development of Sulfide Solid Electrolyte Powder Coatings for Enhanced Stability and Performance of Solid-State Batteries

Aditya Sundar, Taewoo Kim, Francisco Lagunas, Anil U. Mane, Udochukwu D. Eze, Colton Ginter, Rajesh Pathak, Sanja Tepavcevic, Jeffrey W. Elam, Zachary D. Hood, Peter Zapol, Justin G. Connell
Advanced Science  Published: 15 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202513191

Abstract

Sulfide-based solid-state electrolytes (SSEs) such as Li6PS5Cl (LPSCl) are attractive Li+ superionic conductors for next generation solid state batteries whose narrow voltage window and environmental reactivity hinder widespread commercialization. These limitations can be mitigated by coating LPSCl powders with thin Al2O3 coatings via atomic layer deposition; however, design rules are needed to identify new coatings with further improved properties. Here, a density functional theory-based screening protocol is developed to identify and experimentally demonstrate multiple new oxide coatings with multifaceted benefits. MgO coatings, in particular, improve the electronic conductivity, Li metal stability, interfacial resistance, and the critical current density of coated LPSCl powders. It is found that the ionic and electronic conductivity of reaction products formed at oxide interfaces with LPSCl and Li metal are the most predictive metrics for determining a viable coating. These results open a new frontier of research for improving the stability and performance of sulfide-based SSEs.

0505化学装置及び設備
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