光インターカレーションによる構造規制界面の構築とその機能評価

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10131211
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西澤 松彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20273592)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 勇 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50005302)
• Keywords: 半導体 / 遷移金属酸化物 / リチウムイオン電池 / インターカレーション / in situ測定 / 光電気化学 / 導電率

Research Abstract

リチウムイオン2次電池の活物質材料として機能するLiMn_2O_4及び非晶質炭素に関して光電気化学応答を検討し,光エネルギーによって充電するタイプの新しい2次電池システムの構築に向けた基礎的知見を収集した。
LiMn_2O_4薄膜をスパッタリング法により透明電極(ITO)上に調製し,1MのLiClO_4を電解質とするプロピレンカーボネート溶液中で,光の照射に対する電流応答,電位応答,および電気伝導率の応答をその場(in situ)計測した。導電率測定は電極間隔0.01mmの交互型アレイ電極を用いて行いて行い,LiMn_2O_4にLiイオンがインターカレーションおよびデインターカレーションする反応過程には顕著な導電率変化が伴わないことを明らかにした。導電率は10^<-5>S/cmのオーダーであり,半導体に分類された。電位規制下でキセノン光を照射するとスパイク状のアノード電流が観測された。これは,n-型半導体電極に特有の応答であり,応答電流の強度は照射光強度にに比例した。溶液中にLiイオンが存在しない場合に電流応答が全く観測されないことから,光反応は明らかにLiイオンに関係しており,LiMn_2O_4結晶内へのインターカレーション反応であろうと推察された。しかし,通電荷量から算出したLiイオンのインターカレーション量は,膜全体が反応した場合の4%にすぎなかった。光応答電流は照射する光の波長に依存し,約470nm以下の波長の光によって誘起されることがわかった。この値から計算される半導体としてのバンドギャップは2.64eVであり,マンガン系酸化物にたいして妥当な値である。

Research Products

• [Publications] S.Yamamura: "Photo-Assisted Lithium Insertion to Li_<1-x>Mn_2O_4 Film Electrodes" Chemistry Letters. 495-496 (1998)
• [Publications] M.Nishizawa: "Irreversible Conductivity Change of Li_<1-x>CoO_2 on Electrochemical Lithium Insertion/Extraction" Chemical Communications. 1631-1632 (1998)
• [Publications] M.Nishizawa: "Measurements of Chemical Diffusion Coefficient of Lithium Ion in Graphitized Mesocarbon Microbeads" Electrochemical and Solid-State Letters. 1. 10-12 (1998)
• [Publications] M.Nishizawa: "Electrochemical Studies of Spinel LiMn_2O_4 Films Prepared by Electrostatic Spray Deposition" Bullitun of Chemical Society of Japan. 71. 2011-2015 (1998)