| 研究課題/領域番号 |
25420724
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
大西 剛 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (80345230)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 機能性セラミックス材料 |
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| 研究実績の概要 |
全固体Liイオン電池の超高出力化を最終目標として、①正極活物質、②高いイオン伝導性をもつ酸化物および硫化物固体電解質、③酸化物負極活物質、④集電体となる導電性酸化物、それぞれのエピタキシャル薄膜化と金属LiおよびLi合金薄膜の形成、最後にこれらを積層することで、エピタキシャル薄膜全固体二次電池を創成する。複酸化物の薄膜化に長けるパルスレーザー堆積（PLD)法をもちい、成膜条件の厳密制御によりバルク単結晶品質のエピタキシャル薄膜を得るとともに、原子レベルで連続的なヘテロエピタキシャル界面を作製し超高出力全固体Liイオン電池の薄膜モデルと電池材料界面モデルを作製する。
本年度は、10-3S/cmという高いリチウムイオン伝導度をもつものの、金属リチウムにより還元されてしまうLi0.33La0.56TiO3にかわり、リチウムイオン伝導度は3桁ほど低いが金属リチウムでも還元されないLi3PO4の薄膜化に多くの時間を費やした。Li3PO4はアモルファスであるが、薄膜単独でも膜厚を薄くすれば薄膜電池の固体電解質層として十分機能するだけでなく、金属リチウムと接する部分のバッファー層としてLi0.33La0.56TiO3等の高いリチウムイオン伝導度をもつ固体電解質と組み合わせれば高出力の薄膜リチウムイオン電池の作製が期待できる。これまで、PLD法によるLi3PO4薄膜の形成を行っていたが、大面積かつ簡便に薄膜化ができるスパッター法を用いることでLi3PO4薄膜の大量生産を可能とした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
薄膜リチウムイオン電池の形成において重要であるLi3PO4固体電解質薄膜のスパッター法による形成は、当初比較的簡単にできるものと思っていたが、スパッター装置自体の不具合の改善に予想以上に時間がかかったと同時に、試料のセルフバイアスの制御が必要なこと、Arスパッタ時の酸素導入と導入量制御が必要なこと、絶縁性を上げるために結晶化しない程度に基板を加熱する必要があることなどが次々と判明し、最適化に長時間を要してしまった。
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| 今後の研究の推進方策 |
想定外にLi3PO4薄膜の作製条件の最適化に時間を取られてしまったが、Li3PO4薄膜を単独の固体電解質として金属リチウムと組み合わせた薄膜電池の電池動作までこぎつけ、正極活物質薄膜との界面研究に使用できるレベルとなった。今後、高いリチウムイオン伝導度をもつLi0.33La0.56TiO3等の金属リチウムと直接接合できない固体電解質と組み合わせることで、高出力薄膜電池の形成をすすめるとともに、休止状態にあったガーネット系酸化物固体電解質については、問題となっていたターゲットのカーボン除去が達成できたのでエピタキシャル薄膜化を再始動するとともに、Mn系スピネル正極薄膜のエピタキシャル薄膜化を再始動する。
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