グローバル・インテグレーションを目指した全固体薄膜二次電池の開発

面向全球一体化的全固态薄膜二次电池开发

基本信息

批准号：
14040202
负责人：
河村純一
金额：
$ 2.88万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14040202/
关键词：
薄膜電池二次電池リチウム電池固体イオニクス超イオン導電体レーザーアブレーションイオン伝導性ガラスグローバル・インテグレーションリチウムイオン伝導性ガラス高イオン伝導性ガラスレーザー・アブレーション

项目摘要

本年度は、昨年度に引き続き、PLD法により作成したリチウムイオン伝導性ガラス薄膜を用いて、石英基板上に種々の薄膜リチウムイオン二次電池を構成し、その電気化学的特性と二次電池充放電特性の評価を行った。その結果、正極としてリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)、固体電解質としてリチウム・バナジウム・ケイ酸塩ガラス(LVSO)、負極としてアモルファス・スズ酸化物(a-SnO)を用いることで、安定なリチウムイオン二次電池としての特性が得られる事が分かった。面積は5mm×5mmで、厚さは、正極・固体電解質・負極がそれぞれ200nm,800nm,200nm程度であり、合計で1〜2ミクロン程度である。起電力は、2〜3ボルトで充放電量に依存する。充放電電流は1平方センチ当り10〜200μA、100回以上の充放電サイクル特性が得られている。この電池を用いて、液晶表示デジタル時計、メロディーICなどの動作を確認した。一方、ここで用いられた正極と固体電解質の基礎的な薄膜物性を明らかにするために、X線回折、赤外吸収、ラマン散乱、可視紫外吸収、電子・イオン伝導度などを測定した。その結果、成膜直後のLiCoO2は、アモルフアス状態でバンドの広がりが大きく電子伝導度も小さいが、熱処理による結晶化後は、バンドギャップが明瞭に現れ、電子(ホール)伝導度も上昇した。これは、熱処理による電池特性の改善、特に起電力の組成や放電電流に対する依存性の減少、の主な要因と考えられる。また、固体電解質として用いた、LVSO膜についても、成膜条件による薄膜物性やガラス構造の違いを検討した結果、成膜時や成膜後に混入する微量な炭酸ガスが、初期の充放電時に分解され、不可逆容量の原因や薄膜電池の剥離・破壊につながる事が分かった。これらの成果は、日本物理学会、固体イオニクス学会などで発表され、間も無く、第9回アジア固体イオニクス国際会議でも発表される。また、既に2編の論文として報告されている。また、河北新報(2003.12.12)にも報道された。

在今年，与上一个财政年度一样，使用PLD方法制备的锂离子导电玻璃薄膜在石英底物上构建了各种薄膜锂离子二级电池，并评估了电化学性能以及二级电池电荷和放电特性。结果，发现通过将氧化锂（Licoo2）用作阳性电极，硅酸盐硅酸盐玻璃（LVSO）作为固体电解质，以及无定形的氧化物（A-SNO）作为负电极，可以获得稳定的锂离子二级电池的性质。该面积为5mm x 5mm，对于正电极，固体电解质和负电极，厚度分别为200 nm，800 nm和200 nm，总共约为1-2微米。电动力为2-3伏，取决于电荷和放电的量。电荷/放电电流为每平方厘米10至200μa，并且获得了100次以上的电荷/放电周期特性。使用此电池，确认了数字LCD时钟，旋律IC等的操作。另一方面，测量了为了阐明X射线衍射，红外吸收，拉曼散射，可见的紫外线吸收，电子和离子电导率等。结果，频带在形成膜后立即以非晶状态和licoo2的电子电导率扩散，尽管通过热处理结晶后可以清楚地看到带隙，但电子（孔）电导率也会增加。人们认为这是通过热处理改善电池特性的主要因素，尤其是减少电动力组成和排放电流的依赖性。此外，由于膜形成条件检查了薄膜性能和玻璃结构的差异，发现在膜形成过程中或在初始充电和放电期间分解了少量的二氧化碳气体，导致薄膜电池的不可逆能力以及剥离和破裂的原因。这些结果将在日本物理学会和固态离子学协会中提出，并在第9届亚洲固态离子学国际会议上呈现。还报告了两篇论文。还在Kahoku Shimpo（2003年12月12日）中报道了它。