全固体型マイクロ電池用ミクロ造形法に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205097
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 金村 聖志 東京都立大学, 工学研究科, 教授 (30169552)
• 研究分担者: 濱上 寿一 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (30285100)
• キーワード: マイクロ二次電池 / リチウム電池 / マイクロマニピュレーション / ゾル・ゲル法 / ポリビニルピロリドン / マイクロドット / 電気化学特性

研究概要

インクジェットプリンターなどに代表される液滴を噴出して描画する装置が一般化しいろいろな用途に使用されている。本研究ではこの技術をセラミックスの造形に利用しようとするもので、本年度はインクを噴出するためのマイクロマニュピュレーションシステムの設置とその稼働、およびインクとして用いるセラミックス用ゾルの開発研究を行った。セラミックスとして、リチウム電池に用いられる混合伝導性およびイオン伝導性酸化物を選択し、マイクロ二次電池の開発を目的とした。そこで、まず始めにこれらの酸化物が生成するゾルを調整した。具体的には、LiCoO_2、LiMn_2O_4、Li_4Ti_5O_<12>、Li_<0.35>La_<0.55>TiO_3を合成するためのゾルである。どのゾル溶液もポリビニルピロリドン高分子を添加剤として加えることにより、急激な加水分解を抑制され長期間安定なゾルを得ることができた。また、この添加剤の効果として焼成時に発生するクラックを抑制できることを明らかにした。このゾルを用いて購入したマイクロマーキングシステムを用いて、ゾルのドットの作製を行い、さらにそれを焼成することにより酸化物のドットを得ることができることが分かった。しかし、ゾルの基板上への噴出・乾燥により形成されるゲル体の形状は基板とゾル溶液の濡れ性、ゾルの粘度により大きく影響を受けることが分かった。そこで、接触角計および粘度計をもちいてゾルの物理化学的な性質を測定しながら、現在検討を続けている。電気化学的な評価として、ドット一つ一つの電気化学的な特性(電材料としての特性)を調べることが必要である。そのためには、10μm程度の大きさの物体一つの電気化学計測が可能でなければならない。そこで、マイクロマーキングシステムを使用して10μm程度の大きさの正極粒子の測定を行った。電流が非常に小さいために測定にはピコアンペアブースターを必要としたが十分測定可能であることが分かった。今回は大気下で測定を行ったが、実際にはドライボックス内での測定が必要と考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Y.H.Rho, K.Kanamura, et al.: "liCoO_2 and LiMn_2O_4 Thin Film Electrodes for Rechargeable Lithium Batteries-Preparation Using PVP Sol-Gel Method to Produce"J. Electrochem. Soc.. 150・1. A107-A111 (2003)
• [文献書誌] Y.H.Rho, K.Kanamura, et al.: "Preparation of Li_4Ti_5O_<12> and LiCoO_2 Thin film Electrodes from Precursors Obtained by Sol-gel Method"Solid State Ionics. 151. 151-157 (2002)
• [文献書誌] K.Kanamura, et al.: "Preparation of Lithium Ionically Conductive Oxide Film by Sol-gel Method"Key Engineering Materials. 228-229. 285-288 (2002)
• [文献書誌] S.Suda, K.Kanamura, et al.: "Preparation of (La,Li)TiO_3 Dense Ceramics using Sol-Gel and Ion-Exchange Process"Mat. Res. Soc. Symp. Proc.. 756. EE2.2.-1-EE2.2.-6 (2003)