高速分光法を用いたリチウム電池正極材料エピタキシャル薄膜の電荷交換反応測定

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19550194
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 園山 範之 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50272696)
• 研究分担者: 菅野 了次 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (90135426)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 電気化学 / リチウム電池 / 界面

研究概要

LiMn_2O_4のエピタキシャル薄膜をPLD法を用いてアルミナ単結晶基板(001)面、酸化マグネシウム(111)面上に、またn型半導体であるNbをドープしたSrTiO_3(111)面上に蒸着し、エピタキシャル薄膜を得た。
得られた薄膜の電気化学特性よりリチウム電池材料のエピタキシャル薄膜は、基板と強く相互作用して電気化学特性が変化すること、また基板と化学結合を形成しているため、立方晶から正方晶への転移が抑制されることが明らかになった。また、充放電中の吸収測定よりLiMn_2O_4は電子が非局在化しやすく、4V領域では充放電中に電子の出入りはマンガンのd軌道ではなく酸素のp軌道との間で起こっていると考えられるが、3V領域では、マンガン4価/3価の酸化還元によりリチウムが出入りしていることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Electrochemistry of LiMn_2O_4 epitaxial films deposited on various single crystal substrates (2009)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama N, Iwase K, Takatsuka H, Matsumura T, Imanishi N, Takeda Y, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 189(1) ページ: 561-565
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Structure of LiNi_<0.8>Co_<0.2>O_2: a New Experimental Technique Using in Situ X-ray Diffraction and Two-Dimensional Epitaxial Film Electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto K, Hirayama M, Sonoyama N, Mori D, Yamada A, Tamura K, Mizuki Ji, Kanno R
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 21(13) ページ: 2632-2640
  • 査読あり
• [雑誌論文] All solid-state sheet battery using lithium inorganic solid electrolyte, thio-LISICON (2009)
  • 著者名/発表者名: Inada T, Kobayashi T, Sonoyama N, Yamada A, Kondo S, Nagao M, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 194(2) ページ: 1085-1088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural investigation of Eu^<2+> emissions from alkaline earth zirconium phosphate (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirayama M, Sonoyama N, Yamada A, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 182(4) ページ: 730-735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical luminescence of Mg_<1-x>Ca_xIn_2O_4:Er^<3+> electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama N, Kawamura K, Yamada A, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 128(10) ページ: 1679-1683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical performances for preferred oriented PLD thin-film electrodes of LiNi_<0.8>CO_<0.2>O_2, LiFePO_4 and LiMn_2O_4 (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsumura T, Imanishi N, Hirano A, Sonoyama N, Takeda Y
  • 雑誌名: Solid State Ionics 179(35-36) ページ: 2011-2015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between structural characteristics and photoluminescent properties of (La_<1-x>Eu_x)_2M_2O_7 (M=Zr, Hf, Sn) pyrochlores. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hirayama M, Sonoyama N, Yamada A, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 128(11) ページ: 1819-1825
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic study on lithium intercalation using a restricted reaction field in LiNi_<0.5>Mn_<0.5>O_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto K, Konishi H, Sonoyama N, Yamada A, Tamura K, Mizuki Ji, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 174(2) ページ: 678-682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemically oxidized manganese dioxides for lithium secondary batteries (2007)
  • 著者名/発表者名: Jung WI, Sakamoto K, Pitteloud C, Sonoyama N, Yamada A, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 174(2) ページ: 1137-1141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of electrode/electrolyte interface with X-ray reflectometry and epitaxial-film LiMn_2O_4 electrode (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirayama M, Sonoyama N, Ito M, Minoura M, Mori D, Yamada A, Tamura K, Mizuki Ji, Kanno R
  • 雑誌名: Journal of the Electrochemical Society 154(11) ページ: A1065-A1072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of electrode /electrolyte interface for lithium batteries using in situ synchrotron X-ray reflectometry-A new experimental technique for LiCoO_2 model electrode. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirayama M, Sonoyama N, Abe T, Minoura M, Ito M, Mori D, Yamada A, Kanno R, Terashima T, Takano M, et al
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 168(2) ページ: 493-500
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of electrode/electrolyte interface using in situ X-ray reflectometry and LiNi_<0.8>Co_<0.2>O_2 epitaxial film electrode synthesized by pulsed laser deposition method. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hirayama M, Sakamoto K, Hiraide T, Mori D, Yamada A, Kanno R, Sonoyama N, Tamura K, Mizuki Ji
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 53(2) ページ: 871-881
  • 査読あり
• [学会発表] Substrate Dependence of Electrochemical Property of LiMn_2O_4 Thin Films Synthesized by PLD Method (2009)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama N
  • 学会等名: International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: カナダ、トロント.
  • 年月日: 2009-06-29
• [学会発表] 様々な基板上へのLiMn_2O_4エピタキシャル薄膜の合成及び電気化学特性の基板依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬康資
  • 学会等名: 第34回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] 様々な基板上へのLiMn_2O_4エピタキシャル薄膜の合成と電気化学特性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 岩瀬康資
  • 学会等名: 第39回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-11-08
• [学会発表] Electrochemical Property of LiMn_2O_4 Thin Films Synthesized by PLD Method on Various Substrates (2008)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama N
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Meeting
  • 発表場所: ホノルル、ハワイ
  • 年月日: 2008-10-15
• [学会発表] Electrochemistry of LiMn_2O_4 epitaxial films deposited on various single crystal substrates (2008)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama N
  • 学会等名: International Meeting of Lithium Batteries
  • 発表場所: 中国、天津
  • 年月日: 2008-06-24