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電子分光統合化と量子化学計算によるリチウム電池正極材劣化診断と材料設計

Research Project

Project/Area Number 18760493
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Physical properties of metals
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

巽 一厳  Nagoya University, 大学院・工学研究科, 助教 (00372532)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2006: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywordsリチウム電池正極材料 / 内殻吸収スペクトル / 微量ドーパント / 第一原理計算 / 多変量解析 / リチウムイオン電池 / EELS / TEM / イメージング
Research Abstract

LiNi(Co)O_2型リチウム電池正極材料の劣化診断として二つの視点から研究を進めた:(1)添加されるA1・Mgの状態分析(2)劣化と密接に関連するNiの価数異常のマッピング.
(1)劣化前後でのドーパントA1とMgのK殻吸収端スペクトルをEELS及びXAFSで測定,第一原理計算よりスペクトルを解釈した上でA1とMgが及ぼす化学結合状態変化を調べた.A1は非常に強固なA1-0結合を有すため,充放電サイクル後にLiA1O_2様の同じ結晶構造をもつ化合物に類似した吸収スペクトルを一部示した.Mgは3-4Åの範囲のNi-O結合を強化するが,充放電サイクル後には一部正極材料から抜け出ることがスペクトル強度の低下より示された.
(2) 走査透渦型電子顕微鏡に付随するEELS分光器により,正極中の遷移金属(Ni,Co),酸素の内殻吸収スペクトルをナノレベルの位置分解能で2次元スキャン測定した.このデータセットを多変量解析の一手法であるSelf Modeling Curve Resolutionにより次の3成分に分解した.すなわち,LiNi(Co)O_2本来のスペクトル及び,Liが欠損したNi(Co)O_2様のスペクトル更に,Ni(Co)O様のスペクトルである.これら3成分の強度の2次元分布より,正極一次粒子の表面近傍で劣化が起こることが見出された.この解析は,電子チャネリングを用いたサイト選択的EELSにおいて,サイト選択性を系統的に変化させたスペクトルデータ列から純粋なサイト固有スペクトルを抽出した経験に基づくものである.

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2007 2006

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Site-selective electronic structure of alundnum in oxide ceramics obtained by TEM-EELS analysis using the electron standing-wave method2007

    • Author(s)
      Y. Yamamto, K. Tatsumi and S. Muto
    • Journal Title

      Materials Transactions 48

      Pages: 2590-2594

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Site-by-site electronic structure analysis of Al-containing complex compounds using channeling EELS and first principles calculations2007

    • Author(s)
      K. Tatsumi, Y. Yamamoto and S. Muto
    • Journal Title

      Materials Science Forum 561-565

      Pages: 2091-2094

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detection of hydrogen at localized regions by unoccupied electronic states in iron carbides : Towards high spatial resolution mapping of hydrogen distributions2007

    • Author(s)
      K.Tatsumi, S.Muto, T.Yoshida
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics 101

      Pages: 23523-23523

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] First-principles calculations of native defects in tin monoxide2006

    • Author(s)
      A.Togo, F.Oba, I.Tanaka, K.Tatsumi
    • Journal Title

      Physical Review B 74

      Pages: 195128-195128

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Spectral restoration and energy resolution improvement of electron energy-loss spectra by Pixon reconstruction : I. Principle and test examnles2006

    • Author(s)
      S.Muto, R.C.Puetter, K.Tatsumi
    • Journal Title

      Journal of Electron Microscopy 55

      Pages: 215-223

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Spectral restoration and energy resolution improvement of electron energy-loss spectra by Pixon reconstruction : II. Application to practical ELNES analysis of low SNR2006

    • Author(s)
      S.Muto, K.Tatsumi, R.C.Puetter, T.Yoshida, Y.Yamamoto, Y.Sasano
    • Journal Title

      Journal of Electron Microscopy 55

      Pages: 225-230

    • NAID

      10020125964

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] Local atomic and electronic structures of solute Al and Mg in the LiNi_<0.75>Co_<0.15>Al_<0.05>Mg_<0.05>O_2 cathode by K shell XANES/ELNES and first principles calculations2007

    • Author(s)
      K. Tatsumi, Y. Sasano, S. Muto, T. Yoshida, T. Sasaki, K. Horibuchi, Y. Takeuchi and Y. Ukyo
    • Organizer
      Electrochemical Society
    • Place of Presentation
      米国ワシントン市
    • Year and Date
      2007-10-09
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

URL: 

Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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