Li複合酸化物薄膜の溶液プロセスによる直接作製

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450244
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 吉村 昌弘 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (10016826)
• キーワード: 溶液プロセス / リチウム複合酸化物 / 薄膜 / 水熱電気化学 / 電気化学 / LiNiO_2 / LiCoO_2

研究概要

LiNiO_2,LiCoO_2などのリチウム複合酸化物はリチウム電池用電極材料として、現在最も注目を集めている材料の一つである。これらの薄膜化も多くの研究がある。しかしながらそれらは気相法、蒸着法、スパッタリングあるいはゾルーゲル法などの高エネルギー消費型の手法であり、また得られる膜の特性もまた不十分である。本研究ではこれらの薄膜を水溶液中で直接作製することができることを示す。
主な成果は以下の通りである。
1.Ni基板をLiOH水溶液中で水熱電気化学処理することによりLiNiO_2薄膜が生成することを確認した。
2.生成温度は80℃以上であるが、120〜150度が最適であった。
3.反応過程はNi→Ni(OH)_2→NiOOH→LiNiO_2である。
4.Co板をLiOH溶液中で水熱電気化学処理することによりLiCoO2膜が生成する。
5.LiCoO2は室温でも電気化学により生成するが、低温では立方晶相が混入する。100℃以上では六方晶相のみとなる。
6.反応過程はCo→HCoO_2^-→CoO_2^-→LiCoO_2。
7.溶液中に酸化剤(H_2O_2など)を加えるとCoO_2^-の生成が加速され、LiCoO_2膜の形勢に有利となる。
8.フロー式反応容器を用いるとLiCoO_2膜の生成が容易となる。
9.本法の応用により、Pt,Ni,グラファイトなどの基板上へLiMO_2膜を形成することが可能となった。
10.以上の結果から、活性なLiMO_2薄膜が水溶液中で各種基板上に直接作製できることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Masahiro Yoshimura: "Recent developments in soft, solution processing : one step fabrication of functional double oxide films by hydrothermal-electrochemical methods"J.Mater.Chem.. 0. 77-82 (1999)
• [文献書誌] Kyoo-Seung HAN: "Simultaneous and Direct Fabrication of Lithium Cobalt Oxide Film and Powder Using Soft Solution Processing at 100℃"Electrochemical and Solid-State Ionics. 2[2]. 63-66 (1999)
• [文献書誌] Kyoo-Seung HAN: "Fabrication Temperature and Applied Current Density Effets on Direct Fabrication of Lithium Nickel Oxide Thin Film Electrodes in LiOH Solution by Electrochemical-Hydrothermal Method"Solid State Ionics. 121. 229-233 (1999)
• [文献書誌] Masahiro Yoshimura: "Soft, Solution Processing : in situ Fabrication of Morphology-controlled Advanced Ceramic Materials in Low Temperature Solution without Firing."Bull.Maer.Sci.. 22[3]. 193-199 (1999)
• [文献書誌] Masahiro YOSHIMURA: "Soft Solution Processing : Low-Energy Direct Fabrication of Advanced Inorganic Materials"Bull.Kor.Chem.Soc.. 20[8]. 875-878 (1999)
• [文献書誌] S.W.Song: "Direct Fabrication of LiCoO_2 Film Electrodes Using Soft Solution-Processing in LiOH Solution at 20-200℃"Mat.Rres.Soc.Symp.Proc.. 606. 205-210 (2000)
• [文献書誌] Kyoo-Seng Han: "Single-step Fabrication of Li_<1-s>Ni_<1+x>O_2 and LiCoO_2 films by Soft Solution-Processing at 20-200℃"Solid State Ionics. 135. 273-276 (2000)
• [文献書誌] S.W.Song: "Effect of LiOH concentration change on simultaneous preparation of LiCoO_2 film and powder by hydrothermal method"Solid State Ionics. 135. 277-281 (2000)
• [文献書誌] S.W.Song: "Effect of 20-200℃ Fabrication Temperature on Microstructure of Hydrothermal Prepared LiCoO_2 Films"J.Am.Ceram.Soc.. 83[11]]. 2839-44 (2000)
• [文献書誌] T.Fujiwara: "Direct Fabrication of LiCoO_2 Films on Papers by Electrodeposition Method with Interfacial Reaction"Second Intl.Conf.on Processing materials for Properties, Edited by B.Mishra and C.Yamauchi TMS 2000. 935-938 (2000)
• [文献書誌] Seung-Wan Song: "Laser Power Effect on Micro-Raman Spectra of LiCoO2 Thin-film Fabricated on Cobalt Metal Substrate"Applied Physics Letters. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] S.W.Song: "Electrochemically Deposited LiCoO_2 Film on Platinum Metal Substrate under Hydrothermal Condition"Proceeding of PMP-2000. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] Tomoaki WATANABE: "Direct Fabrication of LiCoO_2 Films on Various Substrates in Flowing Aqueous Solutions at 150℃"Solid State Chem.. (印刷中). (2001)