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2021 年度 実績報告書

Li/酸化物系無機固体電解質界面の親和性発現機構の解明

公募研究

研究領域蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学
研究課題/領域番号 20H05288
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) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワードLi / 酸化物系固体電解質 / 接触角 / LiPON
研究実績の概要

前年度は、露点が-80 ℃以下のグローブボックス内に設置した高真空下のベルジャーの中でLi箔を溶融させ、それをRFマグネトロンスパッタリング法を用いて作製したリン酸リチウムオキシナイトライドガラス(LiPON)上に滴下し、冷却後、接触角を測定するという手法でLiとLiPON間の濡れ性を擬似的に評価した。溶融したLiの接触角を直接観察する手法ではなかったが、LiPONの大気暴露時間の増大にともない接触角が増大するなど、表面の変化(炭酸リチウムの被覆率の増大)に応じた傾向が確認できたため、今年度は、より精密な測定に取り組んだ。
まず、ベルジャーの側壁にフィードスルーとビューポートを取り付けた。これによりベルジャーの中へヒーターと熱電対を導入できた。ヒーター、熱電対、LiPON試料は、同一の真鍮板上に設置した。すなわち、熱電対で真鍮板の温度を測定しながら、真鍮板を介してLiPON試料を加熱した。Li箔は、LiPONと接触させながら、別途タングステン線を介して加熱した。
LiPONは、240 ℃以上の温度で加熱されると結晶化し、亀裂を生じ、基板から剥離する。そこで、Liの融点である181 ℃よりも高く、220 ℃未満の温度域でヒーターの温度を制御した。自作した加熱機構によって、LiPONを結晶化させることなくLiを溶融させ、接触角をビュートポートから直接観察できた。なお、真鍮板の温度が181 ℃を超えた付近からLi が溶融し始めることを観察し、ヒーターの温度制御が精密に行えていることを確認した。
LiPONの製膜位置(スパッタ中心からの距離)を変えることでN/P比が異なるLiPON薄膜を作製できた。スパッタ中心からより離れた位置で製膜したLiPONを用いると、Liの接触角がわずかに低下する傾向が認められた。すなわち、N/P比が高くなると、Liとの親和性が低下することが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Charge/Discharge Reactions via LiPON/Multilayer-Graphene Interfaces without Li<sup>+</sup> Desolvation/Solvation Processes2021

    • 著者名/発表者名
      Motoyama Munekazu、Miyoshi Keita、Yamamoto Satoshi、Sakakibara Ryotaro、Yamamoto Yuta、Yamamoto Takayuki、Norimatsu Wataru、Iriyama Yasutoshi
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 4 ページ: 10442~10450

    • DOI

      10.1021/acsaem.1c00628

    • 査読あり
  • [学会発表] Short-Circuiting of Li6.6La3Zr1.6Ta0.4O12 Caused by Li Plating2021

    • 著者名/発表者名
      Munekazu Motoyama
    • 学会等名
      Interface IONICS Online Symposium 2021 Spring
    • 招待講演
  • [学会発表] Cu集電体/LiPON界面におけるLiの核生成に及ぼす温度の影響2021

    • 著者名/発表者名
      本山宗主,廣田正陽,石垣範和,山本貴之,入山恭寿
    • 学会等名
      2021年電気化学会秋季大会
  • [学会発表] Li/酸化物系無機固体電解質界面の接触角測定2021

    • 著者名/発表者名
      杉浦純基,石垣範和,本山宗主,入山恭寿
    • 学会等名
      電気化学会 東海支部・東北支部合同シンポジウム
  • [学会発表] Li6.6La3Zr1.6Ta0.4O12の臨界短絡電流密度2021

    • 著者名/発表者名
      本山宗主,北川瑞貴,勝山新,石垣範和,入山恭寿
    • 学会等名
      第62回電池討論会
  • [学会発表] Temperature Dependence of Critical Current Density for Li3.3La3Zr1.6Ta0.4O122021

    • 著者名/発表者名
      Arata Katsuyama, Mizuki Kitagawa, Norikazu Ishigaki, Munekazu Motoyama, and Yasutoshi Iriyma
    • 学会等名
      3rd World Conference on Solid Electrolytes for Advanced Applications: Garnets and Competitors
  • [学会発表] Li+ Insertion/Extraction Reactions at LiPON/Graphene Interface on SiC(0001)2021

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Yamamoto, Ryotaro Sakakibara, Norikazu Ishigaki, Munekazu Motoyama, Wataru Norimatsu, and Yasutoshi Iriyama
    • 学会等名
      3rd World Conference on Solid Electrolytes for Advanced Applications: Garnets and Competitors
  • [学会発表] SiC上単層グラフェン/LiPON界面に起こる Li+挿入脱離反応2021

    • 著者名/発表者名
      山本智士,榊原涼太郎,石垣範和,本山宗主,乗松航,入山恭寿
    • 学会等名
      第62回電池討論会

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公開日: 2022-12-28  

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