2015 Fiscal Year Annual Research Report
全固体薄膜2次電池材料の作製とそのin-situ物性評価
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25390072
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
白木 将 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (80342799)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 表面・界面 / 薄膜 / リチウム電池 / イオン伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、PLDで作製した正極活物質LiCoO2薄膜の上に、スパッタ法で固体電界質LiPON薄膜を成膜し、さらに負極としてLi金属膜を成膜して薄膜型の全固体リチウム電池を作製した。全真空プロセスにより薄膜を積層、in-situ評価することにより、清浄かつ構造を規定した界面を有する全固体電池を作製し、電解質/電極界面におけるイオン伝導を定量的に評価することができた。
本研究では、RFスパッタ法によるLiPONの作製において、LiCoO2/LiPON界面に導入されるダメージ（欠陥）に着目した。スパッタ時のイオン衝突によるダメージを低減するため、基板とスパッタターゲットの中心軸を水平方向にずらしたoff-axis位置において成膜を行った。作製した薄膜電池は、理想的な充放電動作を示し、100サイクルの充放電動作においても容量劣化は認められなかった。この薄膜電池の界面抵抗を交流インピーダンス法により評価したところ、低周波領域に観測された円弧成分から導出した界面抵抗は8.6 Ωcm2と極めて小さい値となった。一方、基板とスパッタターゲットの中心軸が揃ったon-axis位置でLiPONを成膜した場合には、界面抵抗が880 Ωcm2と大きくなった。on-axis位置ではスパッタ成膜中のイオン衝突の影響が大きいため、LiCoO2表面にダメージ（欠陥）をもたらしたと考えられる。off-axis位置で作製した際の界面抵抗（8.6 Ωcm2）は、これまで全固体電池において報告されている値より一桁低い。さらにこの値は、液体電解質/LiCoO2界面において報告された界面抵抗（25 Ωcm2）よりも低い。高い界面抵抗の起源と考えられてきた空間電荷層の影響が、LiPON/LiCoO2界面においては無視できることが明らかとなった。
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[Journal Article] Li-ion diffusion in Li4Ti5O12 and LiTi2O4 battery materials detected by muon spin spectroscopy2015
Author(s)
J. Sugiyama, H. Nozaki, I. Umegaki, K. Mukai, K. Miwa, S. Shiraki, T. Hitosugi, A. Suter, T. Prokscha, Z. Salman, J. S. Lord, M. Månsson
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 92
Pages: 014417-1~9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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