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。

继去年之后，今年我们使用PLD法制作的锂离子导电玻璃薄膜，在石英基板上构建了各种薄膜锂离子二次电池，并研究了其电化学特性和二次电池充放电特性。因此，通过使用锂钴氧化物（LiCoO2）作为正极，锂钒硅酸盐玻璃（LVSO）作为固体电解质，非晶氧化锡（a-SnO）作为负极，我们实现了稳定的锂离子分散发现可以获得作为二次电池的特性。面积为5毫米×5毫米，正极、固体电解质和负极的厚度分别约为200纳米、800纳米和200纳米，总厚度约为1至2微米。电动势为2-3伏，取决于充电和放电量。充放电电流为每平方厘米10～200μA，电池具有100次以上的充放电循环特性。使用该电池，我们确认了液晶显示数字时钟、旋律IC等的操作。同时，为了阐明此处使用的正极和固体电解质的基本薄膜特性，我们测量了X射线衍射、红外吸收、拉曼散射、可见光和紫外吸收以及电子和离子电导率。结果，LiCoO2在刚成膜后的非晶态下具有大的带展度和低的电子传导性，但在通过热处理结晶后，明显出现带隙并且电子(空穴)传导性增加。这被认为是通过热处理改善电池特性，特别是降低电动势对成分和放电电流的依赖性的主要原因。此外，对于用作固体电解质的LVSO膜，我们研究了根据成膜条件不同的薄膜特性和玻璃结构的差异，发现成膜过程中和成膜后混合的微量二氧化碳在初始充电过程中分解，结果发现，这会导致不可逆容量并导致薄膜电池的剥落和损坏。这些成果已在日本物理学会、固体离子学会等会议上发表，并将很快在第九届亚洲国际固体离子学会议上发表。此外，已有两篇论文发表。日本新闻报（2003年12月12日）也对此进行了报道。