Reactions of the LiMnO cathode in an all-solid-state thin-film battery during cycling

充放電サイクルにおける全固体薄膜電池のLiMnO正極の反応

引間 和浩*; 日沼 洋陽*; 清水 啓佑*; 鈴木 耕太*; 田港 聡*; 平山 雅章*; 増田 卓也*; 田村 和久   ; 菅野 了次*

Hikima, Kazuhiro*; Hinuma, Yoyo*; Shimizu, Keisuke*; Suzuki, Kota*; Taminato, So*; Hirayama, Masaaki*; Masuda, Takuya*; Tamura, Kazuhisa; Kanno, Ryoji*

(001)配向したLiMnO薄膜を正極とした全固体リチウムイオン電池を作成し、表面X線回折法で表面構造を解析した。LiPOをコーティングした電極は、徐々に活性化し、活性化が終わると電池容量は維持されることがわかった。LiPOをコーティングした正極では、表面におけるMnやOの組成の変化がないためであると結論した。すなわち、本系は充放電に対して安定である特長を有することが判明した。このことはまた、今後の実用化に向け、重要な知見を与える結果である。

We evaluated the structural change of the cathode material LiMnO that was deposited as an epitaxial film with an (001) orientation in an all-solid-state battery. In case of the electrode with LiPO coating. Experiments revealed a structural change to a high-capacity (activated) phase that proceeded gradually and continuously with cycling. The activated phase barely showed any capacity fading. We propose a mechanism of structural change with cycling: charging to a high voltage at a sufficiently low Li concentration typically induces irreversible transition to a phase detrimental to cycling that could, but not necessarily, be accompanied by the dissolution of Mn and/or the release of O into the electrolyte, while a gradual irreversible transition to an activated phase happens at a similar Li concentration under a lower voltage.