原子間力顕微鏡を用いた非平衡電位分布測定法の開発と固体電池解析への応用

• 研究課題/領域番号: 26870272
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 複合材料・表界面工学; ナノ材料化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 本山 宗主 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (30705752)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 表面電位 / イオン伝導体 / 全固体型リチウム電池 / 相互作用力 / 誘電体 / 静電エネルギー / 分子間力 / 固体電池 / 電位分布

研究成果の概要

はじめに原子間力顕微鏡（AFM）を用いた表面電位計測のための検量線を作製した．Au被覆した探針を共振させながらPt表面に接近させ，振幅と位相の変化を測定した．測定値をもとに数値解析し，探針に働く外力のプロファイルを求めた．測定結果は予測した理論と矛盾しない傾向を示し，表面電位を求めるための検量線を作製できた．次に，櫛形電極上にAl2O3およびLiPON薄膜を成膜し，電極間の電位分布を測定した．その結果，Al2O3表面では概ね直線的に変化する電位分布が得られたが，LiPON表面の電位は電極近傍で急峻な変化を示した．空間電荷層の存在によって電極近傍で電位が非線形的な変化を示したと考えられる．

研究成果

• [雑誌論文] Modeling the Nucleation and Growth of Li at Metal Current Collector/LiPON Interfaces (2015)
  • 著者名/発表者名: Munekazu Motoyama, Makoto Ejiri, and Yasutoshi Iriyama
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 162 号: 13 ページ: A7067-A7071
  • DOI: 10.1149/2.0051513jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] 不燃性ガラス電解質上で起こるリチウム析出溶解反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，入山恭寿
  • 雑誌名: 化学工業 巻: 65 ページ: 33-39
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 酸化物系無機固体電解質上におけるLi金属の析出溶解反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，米元文洋，木村俊雄，入山恭寿
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京 南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • 年月日: 2017-03-25
• [学会発表] n-Situ Scanning Electron Microscope Observations of Electrochemical Li Deposition and Dissolution at LiPON/Pt, Au Interfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Motoyama, T. Kimura, M. Ejiri, and Y. Iriyama
  • 学会等名: IBA2017
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム（奈良県奈良市）
  • 年月日: 2017-03-05
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化物系ガラス電解質/金属集電体界面におけるLi析出溶解反応のin-situ SEM観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主
  • 学会等名: 日本金属学会東海支部・日本鉄鋼協会東海支部学術討論会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2017-01-31
• [学会発表] Au, Pt集電体/LiPON界面におけるLi析出溶解反応のin-situ SEM観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，木村俊雄，鈴木慎太郎，入山恭寿
  • 学会等名: 第57回電池討論会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-11-29
• [学会発表] 振幅変調型AFMを用いたLi+伝導性固体電解質薄膜の比誘電率測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村健二，本山宗主，入山恭寿
  • 学会等名: 2016年電気化学会北海道支部・東海支部合同シンポジウム「インテリジェント電気化学の新潮流」
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-11-23
• [学会発表] In-Situ Scanning Electron Microscope Observations of Electrochemical Li Deposition and Dissolution at LiPON/Pt, Au Interfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Motoyama, T. Kimura, M. Ejiri, and Y. Iriyama
  • 学会等名: PRiME2016
  • 発表場所: Honolulu, HI
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] 振幅変調型AFMを用いたLi+伝導性固体電解質薄膜の比誘電率測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村健二，本山宗主，入山恭寿
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Modelling the Nucleation and Growth of Li at Metal Current Collector/LiPON Interfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Motoyama, M. Ejiri, and Y. Iriyama
  • 学会等名: 18th International Meeting on Lithium Batteries: IMLB 2016
  • 発表場所: Chicago, IL
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] 複合固体電解質/Pt, Au界面で起こるリチウム析出溶解反応のin-situ SEM 観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，木村俊雄，江尻誠，入山恭寿
  • 学会等名: 第18回化学電池材料研究会ミーティング
  • 発表場所: 日本化学会会館7階ホール（東京都千代田区神田駿河台1-5）
  • 年月日: 2016-06-14
• [学会発表] 複合固体電解質/Pt, Au界面で起こるリチウム析出溶解反応のin-situ SEM 観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，木村俊雄，入山恭寿
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2016-03-30
• [学会発表] 振幅変調型AFMを用いた単一ナノ粒子の比誘電率測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村健二，本山宗主，入山恭寿
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] 集電体/LiPON 界面における Li 析出溶解反応の in-situ FE-SEM 観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，木村俊雄，入山恭寿
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市ウィンクあいち
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] In-situ observations of electrochemical Li growth and dissolution on a LiPON electrolyte by high resolution scanning electron microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Munekazu Motoyama, Toshio Toshio, and Yasutoshi Iriyama
  • 学会等名: 228th ECS Meeting
  • 発表場所: アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス
  • 年月日: 2015-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] In-situ SEM observations of Li plating/stripping reactions through Li-Pt alloying on a LiPON electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kimura, Munekazu Motoyama, and Yasutoshi Iriyama
  • 学会等名: The 66th Annual Meeting of the ISE
  • 発表場所: 台湾, 台北
  • 年月日: 2015-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] リン酸リチウムオキシナイトライドガラス/金属界面におけるリチウムの核生成・成長過程のその場電子顕微鏡観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，木村俊雄，入山恭寿
  • 学会等名: 第26会東海地区光電気化学研究会・2015年東海地区ヤングエレクトロケミスト研究会合同講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 複合固体電解質/Pt集電体界面で起こるLi析出溶解反応のin-situ SEM観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村俊雄，本山宗主，入山恭寿
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 埼玉工業大学
  • 年月日: 2015-09-12
• [学会発表] LiPON/Cu集電体界面におけるLi析出溶解反応のモデル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，木村俊雄，入山恭寿
  • 学会等名: 2015年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 埼玉工業大学
  • 年月日: 2015-09-11
• [学会発表] 集電体/LiPON界面におけるLiの核生成・成長過程のモデル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主，江尻誠，木村俊雄，入山恭寿
  • 学会等名: 第17回化学電池材料研究会ミーティング
  • 発表場所: 東京都千代田区 日本化学会会館
  • 年月日: 2015-06-16
• [学会発表] In-situ scanning electron microscope observations of lithium nucleation and growth at solid/solid interfaces for all-solid-state-lithium battery (2015)
  • 著者名/発表者名: Munekazu Motoyama, Makoto Ejiri, and Yasutoshi Iriyama
  • 学会等名: 227th ECS Meeting
  • 発表場所: アメリカ合衆国イリノイ州シカゴ
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] In-Situ Electron Microscope Observations of Electrochemical Li Deposition/Dissolution with a LiPON Electrolyte (2015)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主
  • 学会等名: ISPlasma2015/IC-PLANTS2015
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] In-situ scanning electron microscope observations of strain-confined lithium nucleation at electrode/electrolyte interfaces in all-solid-state-lithium battery (2014)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: マサチューセッツ，米国
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] In situ scanning electron microscope observations of charge-discharge reactions on Li metal anode in all-solid-state lithium battery (2014)
  • 著者名/発表者名: 江尻誠
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: マサチューセッツ，米国
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] リン酸リチウムオキシナイトライドガラス/金属界面におけるリチウムの核生成・成長過程のその場電子顕微鏡観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主
  • 学会等名: 第45回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-11-30
• [学会発表] 走査型電子顕微鏡を用いた全固体リチウム電池負極のその場観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本山宗主
  • 学会等名: 日立材料解析新技術セミナー 2014
  • 発表場所: 瀧定名古屋ビル
  • 年月日: 2014-11-27
  • 招待講演
• [図書] 全固体電池のイオン伝導性向上技術と材料、製造プロセスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石黒恭生 他106名
  • 総ページ数: 475
  • 出版者: 技術情報協会