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平成14年度は下記の4点について研究を実施した。
1.シリコン基板上に形成したカソード領域上への固体イオン伝導層(固体電解質)形成
(1)シリコン基板表面に作成した幅約100ミクロン、深さ約2ミクロンのパターン内にゾル-ゲル・スピンコーティング法を用いてLiMn_2O_4を充填し、カソード領域を形成した。
(2)カソード領域上にスピンコーティング法を用いシリカガラス(SiO_2・P_2O_5)を塗布し、固体イオン伝導層の形成を試み、電気化学実験によりイオン伝導層の最適作成条件を決定した。
(3)原子間力顕微鏡・走査型電子顕微鏡観察により、上記イオン伝導層表面が50〜150nm程度のガラス粒塊を有するポーラス構造体であることを明らかにした。
2.固体イオン伝導層上へのミクロサイズの金属リチウム層の形成
(1)上記積層薄膜上に幅100×200ミクロン平方のアノード層(リチウム)を蒸着した。
(2)上記リチウム層を酸化・水酸化から保護するためにアルミニウムを蒸着し、これをアノード電極とした。
3.Li/LiMn_2O_4/シリカガラス(SiO_2・P_2O_5)/Li/Al積層構造の電池動作の検討
表記構造上記は起電力2.8〜4.2Vを発生し、34.6μWhcm^<-2>のエネルギーを供給することが可能であり、37時間(100サイクル)におよぶ安定した充放電動作を示した。本研究で作成したイオン伝導積層薄膜が全固体型リチウム2次電池として有効に機能することを明らかにした。
4.新しいイオン伝導素材LiInO_2薄膜の作成と物性
(1)酢酸リチウムと酢酸コバルトを原材料としてスピンコーティング法を用いてシリコン基板および石英ガラス基板上にLiInO_2膜を作成した。
(2)上記薄膜は、室温で4.20eVのバンドギャップを有する直接遷移型材料であり、カソードルミネッセンスおよびフォトルミネッセンス測定により黄色発光を観測した。
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