2020 Fiscal Year Annual Research Report
全固体電池における固固界面イオニクス：構造物性相関の解明
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19H02603
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
白木 将 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (80342799)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リチウム2次電池 / エピタキシャル薄膜 / パルスレーザー堆積法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、パルスレーザー堆積法（PLD）を構築し、5V級の高電位正極材料ニッケルマンガン酸リチウムLiNi0.5Mn1.5O4（以下、LNMO）のエピタキシャル薄膜作製を行った。また、LNMOを用いた薄膜型全固体電池の特性評価を行った。
（１）PLD成膜システムを開発した。パルスレーザーとしてNd:YAG固体レーザーを使用し、ビームエキスパンダ、電動アッテネータ、フォーカスレンズ、反射防止膜（ARコーティング）付き入射・出射ポート、ツイスト付きターゲット回転機構およびレーザーパワーモニタから構成されるレーザー光学系を構築した。これにより、第4高調波（266 nm）と第5高調波（213 nm）のパルスレーザーを切り替えてPLDによる成膜が可能になった。
（２）第4高調波（266 nm）および第5高調波（213 nm）のパルスレーザーを用いて、LNMOのエピタキシャル薄膜作製を行った。スパッタリング法と同様に、成膜中の加熱や基板表面処理等の実験条件の調整により、結晶配向の異なるエピタキシャル薄膜の作製に成功した。
（３）LNMOエピタキシャル薄膜ならびに固体電解質リン酸リチウムLi3PO4（LPO）薄膜を用いて薄膜型全固体電池を作製し、その特性評価を行った。LNMO/LPO界面の制御によりその界面抵抗を大幅に低減し、Li2Ni0.5Mn1.5O4とLi0Ni0.5Mn1.5O4の間の充放電反応をスムーズに進行させて、電池容量を2倍に増大できることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
パルスレーザー堆積法を用いて、５V級正極材料LNMOのエピタキシャル薄膜の作製に成功した。また、LNMOを用いた薄膜型全固体電池を作製し、固体電解質LPO/正極LNMO界面の制御によって電池容量が増大することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、パルスレーザー堆積法やスパッタリング法を用いて正極材料のエピタキシャル薄膜作製を行った。今後は、高イオン伝導性固体電解質LATPを用いた薄膜型全固体電池の作製と電池動作、電解質/電極界面の評価を行う。
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