分野：低炭素・エネルギー研究題名

水素社会に向けた
全固相光充電リチウムイオン電池の創成
永井 裕己 先進工学部 応用物理学科 准教授 / 佐藤 光史名誉教授

キーワード： 光充電型リチウムイオン電池，全固相

概要

地球温暖化や化石燃料の枯渇などの人類の未来に関わる問題解決は喫緊の課題であり，温暖化ガスの発生削減や太陽光エネルギーの有効利用などが不可欠です。その有効性を高めるためには、太陽電池，二次電池などの分散型のエネルギー生産や蓄電方法の技術革新が必要です。省資源・省エネルギーの観点から，光で充電するリチウムイオン電池をエコプロセスである分子プレカーサー法で形成しました。
本展示においては，イノベーションジャパン2015で発表した太陽光で充電できる薄膜リチウムイオン電池（PV-LIB）やマッチングプランナープログラムを通じて作製した全固相光充電リチウムイオン電池を発展させ，これらの太陽電池への応用を公開します。一般的なリチウムイオン電池は，スマートフォンをはじめとする情報端末などポータブル機器に欠かせない電池です。今回，本展示において公開するリチウムイオン電池は，外部回路からの充電や光による充電だけでなく，光による発電も可能な新デバイスです。

関連論文 p
アピール
ポイント

1. 光による充電可能なリチウムイオン電池
2. 光による発電も可能なリチウムイオン電池
3. 全固相化による安全性の向上

利用・用途
応用分野

1. 光照射による水の電気分解
2. スマートホン等のポータブル機器のバッテリー
3. 非常用機器のバッテリー

関連情報●知的財産権＝ リチウムイオン二次電池（PCT/JP2015/078119）

工学院大学

●関連論文

＝ H. Nagai, Ｔ. Suzuki, Y. Takahashi, and M. Sato, Photovoltaic lithiumion battery fabricated by molecular precursor method, Functional
Materials Letters, 9, 1650046, 2016.
H. Nagai, H. Hara, M. Enomoto, C. Mochizuki, T. Honda, I. Takano andM. Sato, Synchronous Electrochromism of Lithium Ion Battery withChemically Fabricated Transparent Thin Films, Functional Materials
Letters, 6, 1341001, 2013.

●関連 URL＝ http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~wwf1017/

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分子プレカーサー法による薄膜形成と応用

Molecular Precursor Method for Functional Thin Films
省資源・省エネルギーのために，材料表面の高機能化が有効です。表面修飾技術の発展が不可欠で，その技術を支える原料および機能付与法の開発が重要です。
基板に密着した均一な透明薄膜の形成は，どのようにできるでしょうか？化学的には，金属イオンを含む有機・無機ポリマーの溶液を用いるゾルーゲル法が知られています。では，ポリマーを経由せずに，含金属成分を適当な厚さの膜にするのは可能でしょうか？
この疑問に答える薄膜形成法が分子プレカーサー法で，成型加工・コーティングの視点で錯体を設計し，電子材料から医療用材料まで広い分野への適用をめざしています。錯体（配位化合物）や有機・無機複合体の応用技術です。

分子プレカーサー法

分子プレカーサー法で初めて形成したスピネル型Co3O4薄膜

分子プレカーサー法は，汎用有機多座配位子＊を結合させた錯体とアルキルアミンを組み合わせたプレカーサー溶液を用います。
プレカーサー溶液を基板に塗布・乾燥し，プレカーサー膜を熱処理して，均一透明な金属酸化物薄膜などを簡便に形成できます。
＊エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やニトリロ三酢酸（NTA）など、陰イオンになり易い入手が容易なキレート剤

可溶化

spin

塗布

基板

金属錯体°C

プレカーサー溶液

結晶化

spin

塗布・乾燥

プレカーサー膜

熱処理

薄膜応用とプロジェクト

充放電で着脱色・電池内部反応の可視化!!
リチウムイオン電池の負極，正極活物質を形成しました。作製した無色透明なリチウムイオン電池は，充放電で着脱色し，電池内部反応をはじめて可視化できました。

銅錯体溶液の塗布・低温熱処理で，ガラス基板によく密着した低抵抗な銅薄膜を形成しました。透過率や反射率など，膜厚で制御できます。

H. Nagai, H. Hara, M. Enomoto, C.
Mochizuki, T. Honda, I. Takano, M. Sato,
Functional Materials Letters, 6 (2013) 1-8.

H. Nagai, S. Mita, I. Takano, T. Honda, M.
Sato, Materials Letters, 141 (2014) 235237.

光で充電できるリチウムイオン電池!!

研究成果

ガラスに密着した低抵抗な銅薄膜!!

ULSI用のトレンチに銅を埋入！

透明薄膜のリチウムイオン電池を応用し，光充電でLEDを点灯できるレベルのリチウムイオン電池を作製しました。現在は，高容量化に加え，全固相化や軽量化を検討しています。

ULSI デバイスの高集積化，高性能化に伴い，Cu 配線の適用が検討されています。分子プレカーサー法で，200 nm幅の微細形状へ隙間なく銅を埋めました。

H. Nagai, T. Suzuki, Y. Takahashi, M. Sato,
Functional Materials Letters, 9 (2016) 1-4.

H. Nagai, T. Suzuki, T. Nakano, M. Sato,Materials Letters, 182 (2016) 206-209.

下記の書籍は，オープンアクセスです。記載したキーワードで検索してください。自由にダウンロードできます。

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2012). Heat
Treatment in Molecular Precursor Method for
Fabricating Metal Oxide Thin Films, Heat
Treatment - Conventional and Novel Applications,Dr. Frank Czerwinski (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/50676.

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2016). HighlyFunctionalized Lithium-Ion Battery, Alkali-ion
Batteries, Dr. Dongfang Yang (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/63491.
Keyword; Intech_highly_lithiumKeyword; Intech_molecular_precursor

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2017).
Molecular Precursor Method for Fabricating pType Cu2O and Metallic Cu Thin Films , Dr. Nikolay
N. Nikitenkov (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/63326.

Laboratory for Nano and Bio Materials

Keyword; Intech_Cu2O

e-mail: lccsato@cc.Kogakuin.ac.jp, ext. 3397

Laboratory for oxide electronics
Department of Applied Physics, School of Advanced Eng.
Mitsunobu Sato, Professor