全固体リチウム電池の高性能化に向けた界面制御

提高全固态锂电池性能的接口控制

• 批准号: 19017011
• 负责人: 入山 恭寿
• 金额: $ 4.61万
• 依托单位: Shizuoka University (2008)Kyoto University (2007)
• 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: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19017011/
• 关键词: リチウム二次電池; 固体電解質; 界面制御; 薄膜電池; 薄膜電極; 界面イオニクス; 固体電気化学; 薄膜; 全固体リチウム電池

全固体リチウム二次電池の高性能化には、電極/固体電解質界面の抵抗を低減し、安定化する必要がある。本研究では、電極活物質にLiMn_2O_4、固体電解質にリン酸リチウムオキシナイトライドガラス(LiPON)を用いた薄膜電池を構築して、界面修飾でその抵抗を低減する手法の開発を行った。LiMn_2O_4薄膜の上に微量のCo薄膜を形成し、さらに加熱処理をして積層膜を形成した。X線光電子分光法、X線吸収分光法(XAFS)、ラマン分光測定を用いた薄膜の評価結果から、積層膜表面には主にCo3O4と考えられる物質が形成され、LiMn2O4と相互拡散した領域が形成される状態が示された。この積層膜の上にLiPONを被覆して交流インピーダンス法を用いて界面抵抗を評価したところ、Co被覆で抵抗が大幅に低減することを見いだした。これは、Co被覆でLiPON膜形成初期の密着性が向上することに要因があると考えられる。また、XAFS測定を用いて異なる電位でCoの電子状態を調べた結果、電位依存性を示すことがわかった。即ち界面に介在させたCo修飾相は、主に電極として機能すると考えられる。これとは別に、LiCoO2薄膜を用いてLiPoNを被覆する際の界面近傍の構造についても調べた。その結果、界面近傍では構造に歪みが生じていることがわかった。固体電解質との密着性を向上させるための界面制御と、両者を接合する際に生じうる界面近傍の歪みが、界面抵抗の低減と安定化に相関すると考えられる。

In order to improve the performance of all-solid-state secondary batteries, it is necessary to reduce the resistance of electrode/solid electrolyte interface and stabilize it. In this study, the electrode active material LiMn_2O_4, solid electrolyte, acid and nitrogen oxide (LiPON) were used to construct thin film batteries, and the interface modification was carried out to reduce the resistance. The formation of Co thin film on LiMn_2O_4 thin film and the formation of multilayer film after heat treatment X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy (XAFS), and X-ray spectroscopy were used to evaluate the results of thin films. The main substances on the surface of multilayer films were formed, and the states of LiMn2O4 mutual dispersion were formed. The surface of the film is covered by a thin layer of copper. Co-coated LiPON film adhesion at the initial stage of formation The electronic state of Co is modulated by the potential dependence of XAFS measurements. That is, the interface between Co modified phase, main electrode and other functional parameters. The structure near the interface of LiCoO2 thin film coated with LiPoN is modulated. As a result, the interface is close to the structure. The adhesion of solid electrolyte is upward, the interface control is upward, the interface resistance is downward, and the stability is downward.

项目成果

Preparation of lithium manganese oxide fine particles by spray pyrolysis and their electrochemical properties.

喷雾热解法制备锰酸锂微粒及其电化学性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Power Sources 174
• 作者: N. Nakayama;I. Yamada;Y. Huang;T. Nozawa;Y. Iriyama;T. Abe;and Z. Ogumi;Iriyama.Y.: Tachibana. Y.: Sasasoka.R: Kuwata.N.: Abe. T.: Inaba. M: Tasaka. A.: Kikuchi. K.: Kawamura. J.: Ogumi. Z
• 通讯作者: Iriyama.Y.: Tachibana. Y.: Sasasoka.R: Kuwata.N.: Abe. T.: Inaba. M: Tasaka. A.: Kikuchi. K.: Kawamura. J.: Ogumi. Z

Interfacial lithium-ion transfer at the LiMn204 thin film electrode/aqueous solution interface

LiMn204薄膜电极/水溶液界面的界面锂离子传输

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Power Sources 174
• 作者: Nakayama;N.: Nozawa;T.: Iriyaia;Y.: Abe;T.: Oguii. Z.: Kikuchi;K
• 通讯作者: K

Fast and Stable Charge Transfer Reaction at the Li_<4/3>Ti_<5/3>O_4/Lithium Phosphorus Oxynitride (LIPON) Interface and its Application to All-Soli d-State Thin Film Batteries

Li_<4/3>Ti_<5/3>O_4/锂磷氮氧化物（LIPON）界面快速稳定的电荷转移反应及其在全固态薄膜电池中的应用

• 发表时间: 2008
• 作者: Nakayama;N.: Nozawa;T.: Iriyaia;Y.: Abe;T.: Oguii. Z.: Kikuchi;K;入山恭寿;入山恭寿
• 通讯作者: 入山恭寿

A novel all-solid-state thin-film-type lithium-ion battery with in situ prepared positive and negative electrode materials

• DOI: 10.1016/j.elecom.2008.12.004
• 发表时间: 2009-02
• 期刊: Electrochemistry Communications
• 影响因子: 5.4
• 作者: C. Yada;Y. Iriyama;T. Abe;K. Kikuchi;Z. Ogumi

Design of electrode/solid electrolyte in terface for high power all-solid state rechargeable lithium batteries

高功率全固态可充电锂电池电极/固体电解质界面设计

• 发表时间: 2008
• 作者: M. Sudoh;et al.
• 通讯作者: et al.