カーボンナノチューブ薄膜を利用したフィルム状リチウムイオン二次電池の

カーボンナノチューブ薄膜を利用したフィルム状リチウムイオン二次電池の作製
東海大学大学院
工学研究科
東海大学
工学部
○川原
靖孝
太田
尭之
葛巻
徹
1.はじめに
近年、リチウムイオン二次電池の負極材料としてカーボンナノチューブ(CNT)の応用が期待されている。また電池構
造では従来の電池よりも安全性を向上させるため、固体電解質を使用したリチウムイオン電池の開発が進められてい
る。そこで本研究では、CNT 薄膜を負極材とする全固体型のリチウムイオン二次電池を作製し、CNT の構造・形態と
電池特性との関係を明らかにすることから、高性能フィルム型リチウムイオン電池の開発を目指す。
2.実験方法
本研究では独自に CNT を合成し、CNT の構造・形態と電池特性との関係を明らかにすることを目標とし、以下に示
すプロセス(Fig.1)での実験に取り組んでいる。
①CNT 負極作製・評価
②電池作製
③電池評価
・熱 CVD 法による CNT 合成
・負極上への Li3PO4 と LiCo2
・負極の組織学的違いによる
・CNT の制御(長さ・表面形
を層状にスパッタをして作
電池特性(容量・寿命など)
製
の変化を評価
状・密度など)
Fig.1 実験プロセスの概要
CNT の合成ではシリコン 基板を セミコ クリーンを用い て洗浄し た後 、鉄(Fe)を DC マグネトロンスパッ タ装置
(SC-701HMCⅡ)で 5nm と 10nm の厚さに堆積させた。これらを基板として熱 CVD 法により CNT を合成した。合成条
件は以下に示す通りである。試料の観察は走査型電子顕微鏡(JSM-5600)によって行った。
Table.1 CNT 合成条件
CNT 合成時間(min)
10
温度(℃)
600,700,800
昇温速度(℃/min)
200
C2H2 流量(sccm)
30
3.結果及び考察
合成温度 600℃では Fe 触媒の厚さにかかわらず CNT は出来なかった。700℃では CNT は合成出来たものの、垂
直配向にはならかった。しかしながら、800℃で Fe 触媒 5nm では約 300μm, Fe 触媒 10nm では約 215μm の長さで
垂直配向した CNT が合成出来た(Fig. 2, 3)。また、Fe 触媒厚さ 5nm と 10nm での表面形状(Fig. 4, 5)を観察したとこ
ろ、10nm の方が CNT の合成密度が高く観察された（Fig. 5）。これはスパッタされた Fe 触媒の表面状態が影響してい
ると考えられる。負極材としての CNT の長さや密度は、Fe 触媒の堆積条件や熱 CVD の合成温度によって制御出来
ることがわかった。
CNT
Fig. 2 Fe 5nm 800℃断面
CNT
Fig. 3 Fe 10nm 800℃断面
Fig. 4 Fe 5nm 800℃表面
4.参考文献
(1)泉田福典、馬場守、田中傎造： 岩手県工業技術センター研究報告, 10 (2003)
(2)高性能蓄電池 宮田清蔵 ほか 株式会社エヌ・ティーエヌ 2009 年
Fig. 5 Fe 10nm 800℃表面