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リチウムイオン二次電池(LIB)の充放電時には、電解液や電極材料を分解してしまう副反応も生じており、固体電解質界面(SEI)と呼ばれる表面被膜が電極上に形成している。このSEI形成により、サイクル特性や放電電圧などの諸性能が低下してしまう。本研究では、リチウムイオン二次電池の電極表面における副反応を理解するため、単結晶エピタキシャル薄膜を用いたアプローチを考案し、電極活物質と電解液の接合界面について調査することにした。具体的には、BaTiO3マイクロパッドを堆積させたLiCoO2 エピタキシャル薄膜を作製し、充放電を行った後の薄膜表面および薄膜断面についての観察を行った。マイクロビームを用いたX線光電子分光(XPS)と走査型電子顕微鏡(SEM)を用いることで、SEIの組成についての分析を可能とした。XPS測定の結果から、BaTiO3とLiCoO2と電解液が接する三相界面では、電解液の溶質であるLiPF6の分解を抑制しているという結果を得た。また、SEMを用いた断面観察により、三相界面付近では薄いSEIのみが堆積しており、組成についても有機物が主体であることを突き止めた。以上の結果から、LIBの電極活物質上に三相界面を形成することで、電極-電解質界面におけるLiPF6の分解反応を抑制し、SEIが堆積しにくい状況を実現できるということがわかった。本研究の実験結果は三相界面を有する試料では高速充放電特性のみならずサイクル特性も劇的に向上しうるということを示唆しており、三相界面エンジニアリングの有用性をさらに打ち出すものであった。
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