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

• 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

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。

This year's annual に は, yesterday led き 続 き, PLD に よ り made し た リ チ ウ ム イ オ ン 伝 conductivity ガ ラ を ス film with い て, Shi Yingji board に 々 の film リ チ ウ ム イ オ ン secondary battery を し, そ の electric 気 chemical properties と secondary battery charging and discharging characteristics の review 価 を line っ た. そ の results, the positive と し て リ チ ウ ム コ バ ル ト acidification (LiCoO2), solid electrolyte と し て リ チ ウ ム · バ ナ ジ ウ ム · ケ イ acid salt ガ ラ ス (LVSO), the cathode と し て ア モ ル フ ァ ス · ス ズ acidification (a - SnO) を content with い る こ と で, stable な リ チ ウ ム イ オ ン secondary battery と し て の features が must ら れ る The matter が is divided into った. Area で は 5 mm x 5 mm, thick さ は, the positive, solid electrolyte, negative が そ れ ぞ れ 200 nm, 800 nm, 200 nm level で あ り, 1 ~ 2 combined で ミ ク ロ ン degree で あ る. The starting power is ボ, 2 to 3ボ トで トで, and the charging and discharging quantity is に dependent on する. When the charge and discharge current is セ 1 square, セ チ チ, when the <s:1> is 10 to 200μA and there are more than 100 cycles, the <s:1> charge and discharge サ <s:1> <s:1> <s:3> characteristic が is られて る る る. The <s:1> <s:1> battery を is represented by the を て, the liquid crystal indicates the デジタ デジタ timepiece, and the メロディ <s:1> ICな <e:1> <s:1> the <s:1> action を confirms the た. Party, こ こ で with い ら れ た anode と な film property of solid electrolyte の foundation を Ming ら か に す る た め に, X-ray inflexion, red outside 収, ラ マ ン scattered, visible ultraviolet 収, electronic イ オ ン 伝 conductance な ど を determination し た. そ の results, film-forming straight after の LiCoO2 は, ア モ ル フ ア ス state で バ ン ド の hiroo が り が big き く electronic 伝 conductance も small さ い が, hot 処 に よ る は after crystallization, バ ン ド ギ ャ ッ プ が clear に れ now, electronic (ホ ー ル) 伝 conductance rising も し た. こ れ は, hot 処 に よ る battery features の improve, especially に power の や discharge current に す seaborne る dependency の reduce, の な Lord will と exam え ら れ る. ま た, solid electrolyte と し て in い た, LVSO membrane に つ い て も, film forming conditions に よ る film property や ガ ラ ス tectonic の violations い を beg し 検 た result, film-forming や film-forming に after mixed with す る trace な carbon acid ガ ス が の early, when charging and discharging に decomposition さ れ の reason and irreversible capacity や thin-film batteries の stripping, broken 壊 に つ な が る matter が points か っ た. こ れ ら は の achievements, Japan institute of physics, solid イ オ ニ ク ス learn な ど で 発 table さ れ, between も く, 9 back ア ジ ア solid イ オ ニ ク ス international conference で も 発 table さ れ る. Youdaoplaceholder0, that is, に2 compile <s:1> papers と て report されて る る る. Youdaoplaceholder0, Hebei New News (December 12, 2003)に reports された.

项目成果

J.Kawamura他3名: "Ag-109 NMR of Agl based superionic conductor glasses"Proceedings of 8th Asian Conference on Solid State lonics. 751-762 (2002)

J. Kawamura 等 3 人：“基于 Agl 的超离子导体玻璃的 Ag-109 NMR”，第八届亚洲固态离子学会议论文集 751-762 (2002)。

N.Kuwata他(4名): "Thin-film lithium-ion battery with amorphous solid electrolyte fabricated by pulsed laser deposition"Electrochem.Commun.. 6. 417-421 (2004)

N. Kuwata 等人（4 人）：“通过脉冲激光沉积制造的非晶固体电解质薄膜锂离子电池”Electrochem.Commun.. 6. 417-421 (2004)

河村純一: "実験化学講座第5版7電気物性,磁気物性(固体のイオン伝導体)(日本化学会編)"丸善. 147-158 (2004)

Junichi Kawamura：“实验化学教程第5版7电学和磁学性质（固体离子导体）（日本化学会编辑）”Maruzen 147-158（2004）。

H.Waki他3名: "Optical and electrical properties of TI-S glasses"J. Non-Cryst. Solids. 297. 26-30 (2002)

H. Waki 等 3 人：《TI-S 玻璃的光学和电学特性》J. Non-Cryst。297. 26-30 (2002)

N.Kuwata他(4名): "Non-Arrhenius ionic conductivity in a-Agl stabilized composites and rapid quenched glasses"Solid State Ionics. (印刷中). (2004)

N. Kuwata 等人（4 人）：“a-Agl 稳定复合材料和快速淬火玻璃中的非阿伦尼乌斯离子电导率”（Solid State Ionics）（2004 年出版）。