電解質・電極エピタキシャル薄膜を用いた電子・イオン伝導の律速因子の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24750005
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 熊谷 明哉 東北大学, 大学院環境科学研究科, 産官学連携研究員 (50568433)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 物理化学 / エピタキシャル薄膜 / 薄膜電池 / リチウムイオン二次電池 / イオン伝導 / 電気化学 / 固体イオニクス / リチウムイオン電池

研究概要

結晶方位や粒界を精緻に制御できるエピタキシャル薄膜作製技術を用いて、リチウムイオン電池の高性能化の妨げの一因である電極・電解質界面におけるイオン・電子伝導の律速要因を解明するための研究を実施した。結晶方位を制御し、理想的な電子・イオン伝導経路を構築したエピタキシャル薄膜の輸送特性または電気化学特性を定量的に電子・イオン伝導を切り分けて評価することで、結晶方位や粒界が材料本来の蓄電性能を妨げる律速要因として定量的に明らかにした。本研究で得られた知見は、今後の高性能な電池材料作製の指針へのフィードバックとなり得ることが期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Growth processes of lithium titanate thin films deposited by using pulsed laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Kumatani, T. Ohsawa, R. Shimizu, Y. Takagi, S. Shiraki, T. Hitosugi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101(12) ページ: 123103
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.058001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth of Li4Ti5O12 thin films using RF magnetron sputtering (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Kumatani, S. Shiraki, Y. Takagi, T. Suzuki, T. Ohsawa, X. Gao, Y. Ikuhara, T. Hitosugi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53(5) ページ: 058001
  • DOI: 10.1063/1.4752466
  • 査読あり
• [学会発表] 界面イオン伝導顕微鏡による多結晶電極表面の結晶構造とLi挿入脱離の相関性の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 熊谷明哉, 高橋康史, 猪又宏貴, 白木将, 山本邦子, 春田正和, 伊野浩介, 珠玖仁, 一杉太郎, 末永智一
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 20140329-31
• [学会発表] 界面イオン伝導顕微鏡の創製とLiイオン電池電極材料への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 熊谷明哉, 高橋康史, 猪又宏貴, 棟方裕一, 伊野浩介, 珠玖仁, 金村聖志, 末永智一
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 20140317-20
• [学会発表] 界面イオン伝導顕微鏡による電極材料表面におけるLi挿入脱離の可視化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 熊谷明哉, 高橋康史, 棟方裕一, 猪又宏貴, 伊野浩介, 珠玖仁, 金村聖志, 末永智一
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20131007-09
• [学会発表] In-situ characterization and mapping of lithium-ion transport at the electrolyte/cathode interface by high resolution ion-conductance microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kumatani, Y. Takahashi, H. Munakata, H. Inomata, K. Ino, H. Shiku, K. Kanamura, T. Matsue
  • 学会等名: EMRS fall meeting 2013
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] 固体電解質Li3PO4-xNx(LiPON)薄膜作製条件の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 熊谷明哉, 清水亮太, 大澤健男, 鈴木竜, 白木将, 一杉太郎
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] PLD法を用いたリチウムイオン電池正極・負極材料のエピタキシャル薄膜作製に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白木将, 熊谷明哉, 高木由貴, 大木栄幹, 清水亮太, 鈴木竜, 大澤健男, 一杉太郎
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] LiTi2O4透明超伝導エピタキシャル薄膜の電子状態評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大澤健男, 熊谷明哉, 清水亮太, 高木由貴, 鈴木竜, 白木将, 一杉太郎
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] LiTi2O4 epitaxial thin films : A transparent superconductor (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Kumatani, T. Ohsawa, R. Shimizu, Y. Takagi, S. Shiraki, T. Hitosugi
  • 学会等名: The AIMR International Symposium 2013 (AMIS2013)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20130219-20
• [学会発表] LiCoO2エピタキシャル薄膜内の結晶粒界の界面抵抗の定量化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 熊谷明哉, 大澤健男, 清水亮太, 鈴木竜, 高木由貴, 白木将, 森分博紀, 幾原雄一, 一杉太郎
  • 学会等名: 第38回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20121203-05
• [学会発表] PLD法を用いたリチウムイオン電池正極・負極材料のエピタキシャル薄膜作製に関する考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白木将, 熊谷明哉, 高木由貴, 大木栄幹, 清水亮太, 鈴木竜, 大澤健男, 一杉太郎
  • 学会等名: 第53回電池討論会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 20121127-30
• [学会発表] チタン酸リチウムエピタキシャル薄膜作製条件の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 熊谷明哉, 清水亮太, 高木由貴, 大澤健男, 鈴木竜, 白木将, 一杉太郎
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛
  • 年月日: 20120911-14
• [学会発表] Interface resistance at the single grain boundary of LiCoO2 epitaxial thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Kumatani, T. Ohsawa, R. Shimizu, T. Suzuki, Y. Takagi, S. Shiraki, H. Oki, H. Moriwake, Y. Ikuhara, T. Hitosugi
  • 学会等名: 13th Asian Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20120718-20
• [学会発表] Deposition of lithium taitanate epitaxial thin films using pulsed laser deposition (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Shiraki, A. Kumatani, Y. Takagi, T. Suzuki, H. Oki, T. Ohsawa, T. Hitosugi
  • 学会等名: 13th Asian Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20120718-20
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.che.tohoku.ac.jp/~bioinfo/