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。

为了提高全固态锂二次电池的性能，需要降低并稳定电极/固体电解质界面的电阻。在本研究中，我们以LiMn_2O_4为电极活性材料、磷酸锂氮氧化物玻璃（LiPON）为固体电解质构建了薄膜电池，并开发了一种通过修饰界面来降低电阻的方法。在LiMn_2O_4薄膜上形成少量Co薄膜，并通过进一步热处理形成叠层膜。使用X射线光电子能谱、X射线吸收光谱(XAFS)、拉曼光谱的薄膜评价结果显示，在层叠膜的表面形成了被认为主要为Co3O4的物质，并且存在与LiMn2O4相互扩散的区域。显示了其形成的状态。当将LiPON涂覆在该层压膜的顶部并使用AC阻抗法评估界面电阻时，发现Co涂层显着降低了电阻。这被认为是由于Co涂层提高了LiPON成膜初期的附着力。此外，通过XAFS测量检查不同电势下Co的电子状态，结果发现它表现出电压依赖性。换句话说，认为插入界面处的Co改性相主要起到电极的作用。另外，我们还研究了用 LiCoO2 薄膜覆盖 LiPoN 时界面附近的结构。结果发现，界面附近的结构发生扭曲。据认为，用于改善与固体电解质的粘附性的界面控制以及当连接两者时可能发生的界面附近的变形与界面电阻的降低和稳定相关。

项目成果

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

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

Effects of specific adsorption of copper (II) ion on charge transfer reaction at the thin film LiMn_2O_4 electrode/aqueous elec trolvte interface

铜(II)离子特异性吸附对薄膜LiMn_2O_4电极/水电解质界面电荷转移反应的影响

• 发表时间: 2009
• 期刊: Electorochimica Acta 54
• 作者: N. Nakayama;I. Yamada;Y. Huang;T. Nozawa;Y. Iriyama;T. Abe;and Z. Ogumi
• 通讯作者: and Z. Ogumi