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2016 年度 実績報告書

原子間力顕微鏡を用いた非平衡電位分布測定法の開発と固体電池解析への応用

研究課題

研究課題/領域番号 26870272
研究機関名古屋大学

研究代表者

本山 宗主  名古屋大学, 工学研究科, 講師 (30705752)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード全固体型リチウム電池 / 原子間力顕微鏡 / 表面電位
研究実績の概要

本研究は大きく三段階に分けて進めた.
まず,表面電位計測のための検量線を作製した.Auをスパッタ成膜した石英基板を測定用試料とした.探針にはAu被覆したSi製探針を使用した.原子間力顕微鏡(AFM)装置(S-image,日立ハイテクサイエンス)はAr雰囲気のグローブボックス内(露点:-70 °C以下)に設置した.共振させた探針をAu表面に接近させた.このときの振動振幅と位相の変化を測定し,それらをもとに探針先端に働く外力のプロファイルを計算機シミュレーションによって求めた.探針・Au間に外部から所定の電位差(ΔV)を与え,同様の測定を繰り返した.その結果,ΔVが大きくなるにつれ,探針に働く引力は試料表面近傍で増加した.静電引力を距離について積分し,静電エネルギー(U)のプロファイルを求めた.理論上,Uは距離の逆数に対し線形に変化し,その直線の傾きはΔVの二乗に比例する.測定結果は上記の理論に一致し,試料の表面電位を測定するための検量線を作製できた.この検量線は同じガス雰囲気中で同一の探針を使用する限り変わらない.
次に,本手法を用い,誘電率が既知の試料の誘電率を測定することで測定法の信頼性を確認した.
最後に,櫛形電極上にアルミナ薄膜を成膜し,電極間の電位分布を測定した.その結果,電極間で概ね直線的に変化する電位分布を得た.そこで,リン酸リチウムオキシナイトライドガラス電解質(LiPON)薄膜を櫛形電極上に成膜し,同様に電位部分布を測定した.アルミナの場合とは異なり,LiPONは電極近傍で急峻な電位変化を示した.空間電荷層の存在によって電極近傍で電位が急激に変化したためと考えられる.
固体電池の正負極間の電位分布をその場測定するという当初の目的を完遂することはできなかったが,外部から交流電圧を印加することなくイオン伝導体表面の電位分布を測定するための手法について原理実証できた.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件) 図書 (1件)

  • [学会発表] 酸化物系無機固体電解質上におけるLi金属の析出溶解反応2017

    • 著者名/発表者名
      本山宗主,米元文洋,木村俊雄,入山恭寿
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス(東京都八王子市)
    • 年月日
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [学会発表] n-Situ Scanning Electron Microscope Observations of Electrochemical Li Deposition and Dissolution at LiPON/Pt, Au Interfaces2017

    • 著者名/発表者名
      M. Motoyama, T. Kimura, M. Ejiri, and Y. Iriyama
    • 学会等名
      IBA2017
    • 発表場所
      奈良春日野国際フォーラム(奈良県奈良市)
    • 年月日
      2017-03-05 – 2017-03-10
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化物系ガラス電解質/金属集電体界面におけるLi析出溶解反応のin-situ SEM観察2017

    • 著者名/発表者名
      本山宗主
    • 学会等名
      日本金属学会東海支部・日本鉄鋼協会東海支部学術討論会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2017-01-31
  • [学会発表] Au, Pt集電体/LiPON界面におけるLi析出溶解反応のin-situ SEM観察2016

    • 著者名/発表者名
      本山宗主,木村俊雄,鈴木慎太郎,入山恭寿
    • 学会等名
      第57回電池討論会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-12-01
  • [学会発表] 振幅変調型AFMを用いたLi+伝導性固体電解質薄膜の比誘電率測定2016

    • 著者名/発表者名
      木村健二,本山宗主,入山恭寿
    • 学会等名
      2016年電気化学会北海道支部・東海支部合同シンポジウム「インテリジェント電気化学の新潮流」
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-11-23 – 2016-11-24
  • [学会発表] In-Situ Scanning Electron Microscope Observations of Electrochemical Li Deposition and Dissolution at LiPON/Pt, Au Interfaces2016

    • 著者名/発表者名
      M. Motoyama, T. Kimura, M. Ejiri, and Y. Iriyama
    • 学会等名
      PRiME2016
    • 発表場所
      Honolulu, HI
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 振幅変調型AFMを用いたLi+伝導性固体電解質薄膜の比誘電率測定2016

    • 著者名/発表者名
      木村健二,本山宗主,入山恭寿
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] Modelling the Nucleation and Growth of Li at Metal Current Collector/LiPON Interfaces2016

    • 著者名/発表者名
      M. Motoyama, M. Ejiri, and Y. Iriyama
    • 学会等名
      18th International Meeting on Lithium Batteries: IMLB 2016
    • 発表場所
      Chicago, IL
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-24
    • 国際学会
  • [学会発表] 複合固体電解質/Pt, Au界面で起こるリチウム析出溶解反応のin-situ SEM 観察2016

    • 著者名/発表者名
      本山宗主,木村俊雄,江尻誠,入山恭寿
    • 学会等名
      第18回化学電池材料研究会ミーティング
    • 発表場所
      日本化学会会館7階ホール(東京都千代田区神田駿河台1-5)
    • 年月日
      2016-06-14 – 2016-06-15
  • [図書] 全固体電池のイオン伝導性向上技術と材料、製造プロセスの開発2017

    • 著者名/発表者名
      石黒恭生 他106名
    • 総ページ数
      475
    • 出版者
      技術情報協会

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公開日: 2018-01-16  

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