全固体リチウム電池の構築に向けた基礎研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15350120
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 菅野 了次 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (90135426)
• 研究分担者: 園山 範之 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (50272696) ; 山田 淳夫 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (30359690)
• キーワード: リチウム電池材料 / リチウムインターカレーション反応 / エピタキシャル薄膜

研究概要

層状岩塩型のLiCoO_2やスピネル型のLiMn_2O_4は、リチウムが構造中から可逆的に脱挿入する。その脱挿入機構は明らかになっていない。本研究では、正極材料のエピタキシャル薄膜を合成するし、理想界面を構築することにより、リチウムイオンの脱挿入機構を明らかにすることを目的とした。その製膜には比較的容易にエピタキシャル成長が期待できるパルスレーザーアブレーション法(PLD)を用いた。
PLD法により、基板方位を変化させて製膜条件を最適化し、配向性を制御したエピタキシャル薄膜を合成した。PLD法ではレーザーをターゲットに照射してターゲットを気化させて基板に蒸着させる。本方法はターゲットとほぼ同じ組成比の薄膜が得られる利点がある。エピタキシャル薄膜を得るために、ターゲットの組成、基板の種類、基板温度、雰囲気ガス、ガス圧、レーザー出力などの条件を最適化して、LiCoO_2,LiMn_2O_4のエピタキシャル薄膜を得た。薄膜の同定は薄膜X線回折法(XRD)を用いた。
LiCoO_2は基板の配向面を変えてエピタキシャル薄膜の配向性を制御することができた。SrTiO_3の(111)面にはLiCoO_2の2次元層が基板に対して平行に、(110)面には垂直に、(100)面には斜めに成長した膜を得た。
基板の配向面を使い分けると、配向性の異なるLiCoO_2薄膜を作製できることが明らかになった。これらの薄膜の物性について検討した。配向面の違いにより電気化学特性などの物性が変化したことから、作製した膜は界面での電気化学反応の異方性を検討するのに適した反応場であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] 米村, 小東, 山田, 園山, 小林, 神山, 菅野: "Defect structure of LiMn_2O_4 after high-temperature storage"Electrochemistry. 71. 1160-1161 (2003)
• [文献書誌] 菅野: "リチウム電池材料の将来像"Electrochemistry. 71. 710-713 (2003)
• [文献書誌] 稲田, 高田, 梶山, 佐々木, 近藤, 渡辺, 村山, 菅野: "Silicone as a binder in composite electrolytes"Journal of Power Sources. 119-121. 948-950 (2003)
• [文献書誌] 松村, 園山, 菅野: "Synthesis, Structure and Electrochemical Properties of Layered Material, Li_<2β>[Mn_<1β>Fe_<2β>]O_2 with Mixed Stacking State"Solid State Ionics. 158. 253-260 (2003)
• [文献書誌] 小林, 田淵, 鹿野, 陰山, 菅野: "Structure, and magnetic and electrochemical properties of layered oxides, Li_2IrO_3"J.Mater.Chem.. 13. 957-962 (2003)
• [文献書誌] 高田, 稲田, 梶山, 佐々木, 近藤, 渡辺, 村山, 菅野: "Solid-state lithium battery with graphite anode"Solid State Ionics. 158. 269-274 (2003)