研究課題
これまでの電池は、正極材料、電解質、負極にそれぞれ異なる構造の物質が用いられてきた。これは、それぞれの材料の中で、優れた特性を持つものを組み合わせた結果であり、優れた電池を作成するための当然の結果である。しかし、視点を変えると電池内の反応が複雑になり、結果的に電流特性等に上限を課してしまっている可能性がある。本研究では、同じ結晶構造を持つリチウム電池の正極材料、電解質、負極材料単結晶薄膜をPulse Laser Deposition法(PLD)法により作成・積層化し、電池の充放電がリチウムイオンの固体内の拡散により規定される全く新しい原理に基づく単結晶電池を作成し、新しい電池システムを構築するための基礎研究を行った。正極材料として、LiMn_2O_4を、リチウムイオン固体電解質として、Li_<0.5>Sr_<0.5>TiO_3を用いて、導電性基板であるNb添加SrTiO_3(STO)単結晶基板上にそれぞれの単一層膜、および積層膜を作成した。得られた薄膜の配向性は薄膜用XRDを用いて決定した。LiMn_2O_4、Li_<0.5>Sr_<0.5>TiO_3ともにSTO基板上でエピタキシャル成長し、STO(110)基板上では、それぞれの(110)面を有する結晶が、STO(111)基板上にはそれぞれの(111)面を持つ薄膜が成長した。STO基板上にLiMn_2O_4、Li_<0.5>Sr_<0.5>TiO_3の順番で薄膜を積層させた。得られた薄膜はSTO(111)基板上にそれぞれ(111)配向していることが明らかとなった。また、LiMn_2O_4とLi_<0.5>Sr_<0.5>TiO_3はそれぞれの反射位置が基板の反射とほぼ重なっていることより、STO上のLiMn_2O_4とLi_<0.5>Sr_<0.5>TiO_3は基板の格子の影響を受けて、エピタキシャル成長していることが判った。
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