パルスレーザー堆積法による薄膜二次電池の作製と固相界面反応の研究

脉冲激光沉积法薄膜二次电池的制备及固相界面反应研究

• 批准号: 17710113
• 负责人: 桑田 直明
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710113/
• 关键词: 薄膜電池; 全固体電池; リチウムイオン電池; PLD; コバルト酸リチウム; スズ酸化物; 顕微ラマン分光; 固体電解質; 薄膜リチウム電池; PLD法; アモルファス; マンガン酸リチウム; 二相共存; 顕微ラマン散乱分光; スズ酸化物負極

本研究では、薄膜作製法としてパルスレーザー堆積(PLD)法を用い、薄膜全固体電池を作製する手法を確立し、薄膜電池の基本的な電気化学特性を明らかにした。以下に詳しく述べる。(1)薄膜電池の連続積層法これまでの薄膜電池は熱蒸着・RF/DCスパッタリング・PLD等の手法を組み合わせて作られていたが、微細な塵が原因となり短絡を起こすため、作製は極めて困難だったρ本研究ではPLD法のみを用いて正極・固体電解質・負極を作製し、マスク及びターゲット交換をPLD装置内で行う工夫を施すことにより、塵の存在しない真空中で薄膜電池をすべて作製する技術を確立した。これにより短絡が起こらず、時間も1/4以下に短縮され、安定した薄膜電池の作製が可能となった。また固体電解質の厚さを1μm以下にして、固体電解質の抵抗を低減することができた。また、清浄な固体/固体界面を持つため、界面抵抗が小さく理想的な界面を持つことが分かった。これらの改良により薄膜電池の放電特性・容量ともに大きく向上した。(2)PLD法と顕微ラマン分光を用いた正極の構造解析連続的に組成の変化する正極薄膜を一括作製することが可能な連続組成傾斜(CCS)-PLD法を開発した。このCCS-PLD法をLiCoO_2-LiMn_2O_4系に適用し、LiCoO_2からLiMn_2O_4間の連続的に組成変化する薄膜を基板上に堆積し、その構造を顕微ラマン分光法により解析した。その結果、LiCoO_2の層状構造はCo/Mn=0.7まで維持され、その後スピネル構造に変化し固溶体を作りながらLiMn_2O_4まで変化することが明らかになった。CCS-PLD法と連続積層PLD法を組み合わせることにより将来的には様々な組成の材料を網羅的にカバーし、最適組成を選び出すことが可能になると期待される。

In this study, the method of manufacturing thin film all-solid-state batteries by PLD method was established, and the basic electrochemical characteristics of thin film batteries were clarified. The following are detailed. (1)The thin film battery is composed of heat evaporation, RF/DC gas separation, PLD and other methods. The fine dust causes the formation of short circuit. In this study, the PLD method is used to make electrodes, solid electrolytes and electrodes. The technology for manufacturing thin film batteries in vacuum is well established. This is the first time that a thin film battery can be manufactured. The thickness of the solid electrolyte is less than 1μm, and the resistance of the solid electrolyte is reduced.また、清浄な固体/固体界面を持つため、界面抵抗が小さく理想的な界面を持つことが分かった。This is an improved thin film battery with high discharge characteristics and high capacity. (2)PLD method and spectroscopic method are used to analyze the structure of the electrode and the composition of the electrode film. The CCS-PLD method is suitable for LiCoO_2-LiMn_2O_4 system, and the composition of LiCoO_2-LiMn_2O_4 interface is changed. The thin film is deposited on the substrate, and the structure is analyzed by microanalysis and spectroscopy. The results show that the layered structure of LiCoO_2 is maintained at Co/Mn=0.7, and the layered structure of LiCoO_2 is transformed into LiMn_2O_4. CCS-PLD method and multilayer PLD method are used to combine the materials of the future.

项目成果

Thin film lithium ion batteries prepared only by pulsed laser deposition

• DOI: 10.1016/j.ssi.2006.07.023
• 发表时间: 2006-10-31
• 期刊: SOLID STATE IONICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Kuwata, Naoaki;Kumar, Ranveer;Kawamura, Junichi
• 通讯作者: Kawamura, Junichi

Proton transport and microstructure properties in superlattice thin films fabricated by pulsed laser deposition

• DOI: 10.1143/jjap.44.8613
• 发表时间: 2005-12-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS
• 作者: Kuwata, N;Sata, N;Yugami, H
• 通讯作者: Yugami, H

Microscopic states of water and methanol in Nafion membrane observed by NMR micro imaging

NMR显微成像观察Nafion膜中水和甲醇的微观状态

• 发表时间: 2005
• 期刊: Solid State Ionics 176
• 作者: K. Kawata;H. Maekawa;T. Yamamura;前川英己;前川英己;前川英己;前川英己;O.Kamishima;Hangyan Shen;Takao Tsurui;Hideki Maekawa;Ryou Asayama;K.Kawata;前川英己;前川英己;前川英己;Ryou.Asayama,Junichi.Kawamura,Takeshi.Hattori;G.Hirankumar,S.Selvasekarapandian,N.Kuwata,J.Kawamura,T.Hattori;S.Selvasekarapandian,G.Hirankumar,N.Kuwata,J.Kawamura,T.Hattori;Junichi.Kawamura,Naoaki.Kuwata,Takeshi.Hattori,kazuki.Hattori,Takahiro.Hongo,Junichiro Mizusaki
• 通讯作者: Junichi.Kawamura,Naoaki.Kuwata,Takeshi.Hattori,kazuki.Hattori,Takahiro.Hongo,Junichiro Mizusaki

Structural and electrical properties of SrZr0.95Y0.05O3/SrTiO3 superlattices

• DOI: 10.1016/j.ssi.2006.05.043
• 发表时间: 2006-10-31
• 期刊: SOLID STATE IONICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Kuwata, Naoaki;Sata, Noriko;Yugami, Hiroo
• 通讯作者: Yugami, Hiroo