全固体リチウム電池の高性能化に向けた界面制御技術とその評価

車載向け用途を中心に、リチウムイオン電池の市場は拡大を続けている。そのような中、現行のリチウムイオン電池よりさらに高エネルギー密度化できる全固体リチウム電池が次世代型蓄電池として期待され研究・開発が行われている。この全固体リチウム電池のさらなる高性能化に向けて、大電流で充放電を可能とさせることが極めて重要であり、固体電解質 – 電極間の高い界面抵抗を低減することが鍵になる。この抵抗は界面近傍におけるLiイオンや電子の移動現象に由来するため、それら現象を原子レベルで捉えることで界面抵抗起源に迫ることができる。そこで、我々は清浄な界面を有する薄膜型全固体リチウム電池とエピタキシャル薄膜作製技術を活用し、界面抵抗起源探索に向けた定量的な界面研究を進めてきた。 　本講座では、固体内に埋もれている界面構造を捉える最先端の計測技術も紹介し、制御された界面において極めて低い界面抵抗を実証した研究を紹介する。

1. 全固体電池の特徴
   1. 全固体Li電池の開発動向
   2. 全固体Li電池の構成
   3. 全固体Li電池における課題
   4. 全固体Li電池の界面抵抗
2. 薄膜型電池の作製と評価
   1. 薄膜型電池の構成
   2. 全真空プロセス
      1. 真空
      2. パルスレーザー堆積法
      3. スパッタ法
   3. エピタキシャル薄膜
      • LiCoO2エピタキシャル薄膜の合成
   4. 界面抵抗の定量評価
      • 電気化学インピーダンス法
3. 界面抵抗の定量研究
   1. LiCoO2正極と固体電解質の清浄な界面
      1. 固体電解質の薄膜条件と界面抵抗の関係
      2. 界面抵抗と界面構造の関係
         • X線CTR散乱法
   2. LiCoO2正極と固体電解質の汚染された界面
      1. 電極表面に気体曝露した影響
      2. 電池のアニール処理による電池動作回復
   3. 層状岩塩型構造の固溶体正極材料
      1. 界面抵抗と結晶方位の依存性
      2. 電極大気曝露の影響
      3. V級 LiNi0.5Mn1.5O4正極
      4. 界面抵抗の低減と高速充電
      5. 清浄な界面形成による電池容量の増大
      6. 界面抵抗の結晶方位異方性
   4. 5V級LiCo0.5Mn1.5O4正極
      1. 界面抵抗の時間依存性