全固体型マイクロ電池用ミクロ造形法に関する研究

2003 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: リチウム電池 / マイクロ電池 / ゾル・ゲル / LiCoO_2 / Li_4Ti_5O_<12> / Li_<0.35>La_<0.55>TiO_3 / 全固体型電池 / マイクロ電池アレイ

研究概要

リチウム二次電池のマイクロ化は、今後の電子機器の発展において非常に重要であり、オンボードの電池ができれば、電気回路の設計理論上に革新的な技術となる。そこで、本研究においては、低コストで量産可能な手法としてインクジェットプリンターに代表されるような印刷技術を用いたマイクロ型リチウム二次電池の作製に関する研究を行っている。前年度までに印刷用のインクとして電池材料用セラミックスのゾルの開発を行ってきた。本年度は実際にインジェクション装置を用いてドットを作製し、その電気化学的な特性評価を行った。正極材料にはLiCoO_2を、負極材料にはLi_4Ti_5O_<12>を、固体電解質についてはLi_<0.35>La_<0.55>TiO_3を用いて電池の作製を行う予定であり、本年度はLiCoO_2ドットおよびLi_4Ti_5O_<12>のドットの作製を行うとともに、電気化学的な特性評価を行った。ドット状態の活物質の場合、両電極ともに不純物相を含むため、ゾル組成の調整を行った。また、ドット形状の制御を行うために、粘度、基板(金電極)との濡れ性を調節するためにもゾル組成の調整を行った。その結果LiCoO_2については、ほぼ単相(六方晶)のドットが得られた。この材料は可逆性に優れた電気化学的な特性を示すことが分かった。一方、Li_4Ti_5O<12>ドットの場合には不純物相としてTiO_2が存在することが分かった。現時点では、わずかにTiO_2が残存しており、今後の検討が必要である。電気化学的な特性を評価した結果、不純物相が存在するものの比較的可逆的な特性を示すことが分かった。固体電解質であるLi_<0.35>La_<0.55>TiO_3については、薄膜の作製を行い、そのイオン伝導性について評価した結果、室温10^<-3>Scm^<-1>以上のLi^+イオン導電率を示すことが分かった。今後、これらの部材を組み合わせることにより電池を構成できることを明らかとし、5mm×5mm程度の範囲内に200個程度の電池を作製マイクロ電池アレイの作製を行う。

研究成果

• [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "Li^+ Ion Diffusion in LiCoO_2 Thin Film Prepared by PVP Sol-Gel Method"Journal of Electrochemical Society. (印刷中).
• [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "Li^+ Ion Diffusion in Li_4Ti_5O_<12> Thin Film Electrode Prepared by PVP Sot-Gel Method"Journal of Solid State Chemistry. (印刷中).
• [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "Interfacial Control Between Electrode and Electrolyte for the Fabrication of All Solid-State Rechargeable Lithium Battery with LiTi_2(PO_4)_3-AIPO_4 (LTP)"Key Engineering Materials. (印刷中).
• [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "Preparation of Li_<4/3>Ti_<5/3>O_4 Thin Film Electrodes by a PVP Sol-Gel Coating Method and Their Electrochemical Properties"Journal of Electrochemical Society. 151・1. A106-A110 (2004)
• [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "Fabrication of this film electrodes for all solid state rechargeable lithium batteries", Young Ho Rho, Kiyoshi Kanamura"Journal of Electroanalytical Chemistry. 559. 69-75 (2003)
• [文献書誌] Kiyoshi Kanamura, et al.: "LiCoO_2 and LiMn_2O_4 Thin-Film Electrodes for Rechargeable Lithium Batteries"Journal of Electrochemical Society. 150・1. A107-A111 (2003)
• [文献書誌] 金村 聖志: "目的を達成するためのゾル-ゲル法における構造制御ノウハウ集[48]リチウム二次電池用電極膜"技術情報協会. 314-322 (2003)