放射性トレーサー8Liによるコバルト酸リチウムのナノスケールでのリチウム拡散測定

• 研究課題/領域番号: 25390036
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料工学
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 石山 博恒 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 協力研究員 (50321534)
• 連携研究者: 鄭 淳讃 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 協力研究員 (00262105) ; 平山 賀一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (30391733) ; 長 明彦 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所, 研究主幹 (80343929) ; 左高 正雄 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所, 研究主幹 (70354826)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: ナノマイクロ構造解析・評価・試験法 / 放射性トレーサー / リチウム2次電池 / 拡散係数

研究成果の概要

リチウム2次電池材料のリチウム拡散係数を、従来の放射性トレーサー8Li法を改良し、その測定下限値を大幅に改善して直接測定する方法を新たに開拓することを目的とした。低速(～8 keV) 8Liトレーサーを用いて、材料試料表面に対し小角度で8Li崩壊時に放出されるアルファ線を検出し、その時間強度変化を測定することで拡散係数を導出する手法である。Li電池材料の固体電解質であるLVSO、正極材料であるLiCoO2, LiMn2O4の測定を行いその拡散係数を非破壊、その場で測定した。Li電池材料中のナノスケールでのLi拡散を直接観察する新手法を確立することができた。

研究成果

• [国際共同研究] Institute for Basic Science(韓国)
• [雑誌論文] Direct measurement of nanoscale lithium diffusion in solid battery materials using radioactive tracer of 8Li (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S.C. Jeong, Y.X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H.S. Jung, H. Miyatake, M. Oyaizu, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, K. Nishio, H. Makii, T.K. Sato, N. Kuwata, J. Kawamura, H. Ueno, Y.H. Kim, S. Kimura, M. Mukai
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: - ページ: 379-381
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2015.12.036
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ lithium diffusion measurement in solid ionic conductors using short-lived radiotracer beam of 8Li (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S.C. Jeong, Y.X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, M. Oyaizu, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, K.Nishio, H. Makii, T.K. Sato, N. Kuwata, J. Kawamura, A. Nakao, H. Ueno, Y.H. Kim, S. Kimura, M. Mukai
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods B 巻: 354 ページ: 297-300
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2014.10.031
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanoscale diffusion tracing by radioactive 8Li tracer (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S.-C. Jeong, Y. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, M. Oyaizu, I. Katayama, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, K. Nishio, H. Makii, T. Sato, N. Kuwata, J. Kawamura, A. Nakao, H. Ueno, Y. H. Kim, S. Kimura, M. Mukai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 11 ページ: 110303-110303
  • DOI: 10.7567/jjap.53.110303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 短寿命核トレーサー8Liによるリチウム拡散係数測定の現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石山博恒、他
  • 雑誌名: KURRI-KR 巻: 202 ページ: 16-19
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ diffusion measurements in solids using short-lived radioactive tracers of 8Li and 20Na (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S. C. Jeong, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, M. Oyaizu, I. Katayama, M. Sataka, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, H. Makii, K. Nishio, T. K. Sato, A. Nakao
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 巻: 317 ページ: 789-792
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.054
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of Lithium Diffusion Coefficients in Battery Material Using Radioactive Tracer of 8Li (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S. C. Jeong, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, K. Nishio, H. Makii, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, T. K. Sato, N. Kuwata, J. Kawamura, A. Nako, H. Ueno, Y. H. Kim, S. Kimura, M. Mukai
  • 雑誌名: 京都大学原子炉実験所 KUR Report 巻: KURRI-KR-195 ページ: 31-34
• [学会発表] Direct measurement of nanoscale lithium diffusion in solid battery materials using radioactive tracer of 8Li (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S.C. Jeong, Y.X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, M. Oyaizu, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, K.Nishio, H. Makii, T.K. Sato, N. Kuwata, J. Kawamura, H. Ueno, Y.H. Kim, S. Kimura, M. Mukai
  • 学会等名: International Conference on Electromagnetic Isotope Separators and Related Topics (EMIS 2015)
  • 発表場所: Grand Rapids, MI, USA
  • 年月日: 2015-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] 放射性トレーサー8Li法によるリチウム電池固体材料内のリチウム拡散直接測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石山博恒
  • 学会等名: SATテクノロジー・ショーケース2015 (SAT2015)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-01-21
• [学会発表] 放射性トレーサー8Liによるリチウム拡散係数測定の現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石山博恒、他
  • 学会等名: 平成26年度KUR専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-12-17 – 2014-12-18
• [学会発表] 放射性トレーサー8Liによるリチウム電池個体材料中の拡散係数測定法開拓 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石山博恒、他
  • 学会等名: 第17回超イオン導電体物性研究会
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 2014-07-18 – 2014-07-19
• [学会発表] In situ lithium diffusion measurements in solid ionic conductors using short-lived radiotracer beam of 8Li (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, S.C. Jeong, et al.,
  • 学会等名: The International Conference on Atomic Collisions in Solids (ICACS 26)
  • 発表場所: Debrechen, Hungary
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] Nanoscale lithium diffusion measurements using low-energy radioactive beam of 8Li (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ishiyama, et al.,
  • 学会等名: 2nd Conference on Advance in Radioactive Isotope Science (ARIS2014)
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-06
• [学会発表] 放射性トレーサー8Liによるリチウム拡散係数測定法開拓
  • 著者名/発表者名: 石山博恒
  • 学会等名: 「タンデム領域の重イオン科学」研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構先端基礎センター
• [学会発表] 放射性トレーサー8Liによるリチウム電池固体材料中のリチウム拡散係数測定法開拓
  • 著者名/発表者名: 石山博恒、他
  • 学会等名: 第16回超イオン導電体物性研究会/第63回固体イオニクス研究会
  • 発表場所: 日立シビックセンター
• [学会発表] 短寿命核トレーサー8Liによる電池材料中のリチウム拡散係数測定
  • 著者名/発表者名: 石山博恒、他
  • 学会等名: 「不安定原子核の理工学と物性応用研究III」専門研究会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所
• [備考] KEK素粒子原子核研究所短寿命核ビーム実験
  • URL: http://www.kek.jp/ja/Research/IPNS/ShortLivedNucleiRandD/
• [備考] KEK RNB Group
  • URL: http://kekrnb.kek.jp/index.html
• [備考] KEK短寿命核グループホームページ
  • URL: http://kekrnb.kek.jp/index.php?FrontPage