Development of millisecond-order structural observation technique using most powerful pulsed neutron source and investigations for rechargeable batteries

• Project/Area Number: 24710093
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: MORI Kazuhiro 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (40362412)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2013: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2012: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 中性子回折 / 電池材料 / リチウムイオン伝導体 / イオン伝導体 / 蓄電池 / 構造

Outline of Final Research Achievements

Development of millisecond-order structural observation technique was performed using most powerful pulsed neutron source of the Materials and Life Science Experimental Facility, the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC/MLF), and a in-situ cell was prepared for structural investigations of rechargeable batteries in operand. The conduction pathways of lithium ions in solids were predicted and visualized by combining reverse Monte Carlo (RMC) modeling and the bond valence sum (BVS) approach using neutron diffraction data. Dynamics of lithium ions in Li7P3S11 glass-ceramic superionic conductor was studied using quasi-elastic neutron scattering.

Research Products

• [Journal Article] Visualization of conduction pathways in a lanthanum lithium titanate superionic conductor synthesized by rapid cooling (2014)
  • Author(s): K. Mori, S. Tomihira, K. Iwase, T. Fukunaga
  • Journal Title: Solid State Ionics Volume: 268 Pages: 76-81
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2014.09.030
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 非晶質系リチウムイオン伝導体の構造とイオン伝導経路 (2014)
  • Author(s): 森一広、福永俊晴、小野寺陽平
  • Journal Title: 日本中性子科学会「波紋」 Volume: 24 Pages: 267-272
  • NAID: 130007510548
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Novel monolayer shields of a neutron powder diffractometer SPICA at BL09 of J–PARC (2014)
  • Author(s): M. Kawai, M. Yonemura, S. Torii, T. Muroya, K. Mori, T. Fukunaga, K. Okuno, K. Takeda, K. Niita, T. Kamiyama
  • Journal Title: Progress in Nuclear Science and Technology Volume: 4 Pages: 156-159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neutron diffraction studies on structural effect for Ni-doping in LiCo1–xNixO2 (2014)
  • Author(s): D. S. Adipranoto, T. Ishigaki, A. Hoshikawa, K. Iwase, M. Yonemura, K. Mori, T. Kamiyama, Y. Morii, M. Hayash
  • Journal Title: Solid State Ionics Volume: 262 Pages: 92-97
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2013.11.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural origin of ionic conductivity for Li7P3S11 metastable crystal by neutron and X-ray diffrcation (2014)
  • Author(s): Y. Onodera, K. Mori, T. Otomo, H. Arai, Y. Uchimoto, Z. Ogumi, T. Fukunaga
  • Journal Title: J. Phys.: Conference Series Volume: 502 Pages: 012021-012021
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of SPICA, new dedicated neutron powder diffractometer for battery studies (2014)
  • Author(s): M. Yonemura, K. Mori, T. Kamiyama, T. Fukunaga, S. Torii, M. Nagao, Y. Ishikawa, Y. Onodera, D. S. Adipranoto, H. Arai, Y. Uchimoto, Z. Ogumi
  • Journal Title: J. Phys.: Conference Series Volume: 502 Pages: 012053-012053
  • DOI: 10.1088/1742-6596/502/1/012053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Evidence for High Ionic Conductivity of Li 7P3S11 Metastable Crystal (2012)
  • Author(s): Y. Onodera, K. Mori, T. Otomo, M. Sugiyama, and T. Fukunaga
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 81 Issue: 4 Pages: 44-802
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.044802
  • NAID: 210000109506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reverse Monte Carlo modeling of Li2S-P2S5 superionic conductors (2012)
  • Author(s): Y. Onodera, K. Mori, T. Otomo, A. C. Hannon, M. Sugiyama, and T. Fukunaga
  • Journal Title: J. Phys. Volume: 340 Pages: 12-058
  • DOI: 10.1088/1742-6596/340/1/012058
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Li2S-GeS2超イオン伝導ガラスの電気伝導と局所構造 (2015)
  • Author(s): 森一広、古田幸三、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2015年春期講演大会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] メカニカルアロイング法で作製したLi-Ge-P-S系のイオン伝導空間解 (2015)
  • Author(s): 笠井拓矢、小野寺陽平、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 第49回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 2015-01-28 – 2015-01-29
• [Presentation] 中性子／Ｘ線によるNa-P-S系超イオン伝導体の構造研究 (2015)
  • Author(s): 小野寺陽平、中島広志、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 第49回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 2015-01-28 – 2015-01-29
• [Presentation] Li2S-GeS2系超イオン伝導ガラスの構造と電気伝導特性 (2015)
  • Author(s): 古田幸三、森一広、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 第49回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 2015-01-28 – 2015-01-29
• [Presentation] Li2S-P2S5系超イオン伝導ガラスのリチウムイオン伝導経路評価 (2015)
  • Author(s): 延壽寺啓悟、森一広、市田智晴、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 第49回京都大学原子炉実験所学術講演会
  • Place of Presentation: 京都大学原子炉実験所
  • Year and Date: 2015-01-28 – 2015-01-29
• [Presentation] 急冷処理を施したLi0.4La0.53TiO3超イオン伝導体中のボトルネック評価 (2014)
  • Author(s): 森一広、冨平昌吾、福永俊晴
  • Organizer: 日本中性子科学会第14回年会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター「かでる２・７」（札幌市）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] 充放電下の電極構造変化の直接観測 - SPICAを用いたin operando 中性子回折の現状 (2014)
  • Author(s): 米村雅雄、石川喜久、鳥居周輝、富安亮子、神山崇、Dyah Sulistyanintyas、中貴弘、森島慎、塩谷真也、小松秀行、松永利之、三井昭男、佐藤健児、菅谷英生、下田景士、右京良雄、荒井創、小久見善八、田港聡、平山雅章、菅野了次、北村尚斗、井手本康、内本喜晴、森一広、福永俊晴、小野寺陽平
  • Organizer: 日本中性子科学会第14回年会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター「かでる２・７」（札幌市）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] 中性子回折によるLi-Ge-P-S系ガラス／結晶のイオン伝導空間解析 (2014)
  • Author(s): 笠井拓矢、小野寺陽平、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 日本中性子科学会第14回年会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター「かでる２・７」（札幌市）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] 中性子／Ｘ線によるNa-P-S系超イオン伝導ガラスの構造研究 (2014)
  • Author(s): 小野寺陽平、中島広志、森一広、福永俊晴、大友季哉
  • Organizer: 日本中性子科学会第14回年会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター「かでる２・７」（札幌市）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] Li2S-P2S5系超イオン伝導ガラスのリチウムイオン伝導経路評価 (2014)
  • Author(s): 延壽寺啓悟、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 日本中性子科学会第14回年会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター「かでる２・７」（札幌市）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] Li2S-GeS2系超イオン伝導ガラスの構造解析 (2014)
  • Author(s): 古田幸三、森一広、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本中性子科学会第14回年会
  • Place of Presentation: 北海道立道民活動センター「かでる２・７」（札幌市）
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] 急冷処理を施したLi3xLa2/3-xTiO3超イオン伝導体の伝導経路とボトルネック評価 (2014)
  • Author(s): 森一広、冨平昌吾、福永俊晴、Joan Siewenie
  • Organizer: 第40年固体イオニクス討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-18
• [Presentation] 中性子／Ｘ線回折によるNa-P-S系の構造とイオン伝導特性 (2014)
  • Author(s): 小野寺陽平、中島広志、森一広、大友季哉、福永俊晴
  • Organizer: 第40年固体イオニクス討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-18
• [Presentation] 急冷処理を施したLi0.4La0.53TiO3超イオン伝導体中のボトルネックの形状評価 (2014)
  • Author(s): 森一広、冨平昌吾、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2014年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Li2S-GeS2系超イオン伝導ガラスの構造評価 (2014)
  • Author(s): 古田幸三、森一広、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2014年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Li2S-P2S5系超イオン伝導ガラスのリチウムイオン分布と可動経路 (2014)
  • Author(s): 延壽寺啓悟、森一広、市田智晴、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2014年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Na-P-S系超イオン伝導体におけるイオン伝導空間の解析 (2014)
  • Author(s): 小野寺陽平、中島広志、森一広、大友季哉、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2014年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] メカニカルアロイング法で作製したLi-Ge-P-S系超イオン伝導体の構造研究 (2014)
  • Author(s): 笠井拓矢、小野寺陽平、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2014年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 非晶質系固体電解質のリチウムイオン伝導経路の視覚化 (2014)
  • Author(s): 森一広、市田智晴、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • Invited
• [Presentation] 中性子および放射光Ｘ線回折によるNa-P-S系のイオン伝導空間解析 (2014)
  • Author(s): 小野寺陽平、中島広志、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] Local structures and conduction pathways of Li ions for Li3xLa 2/3-xTiO3 synthesized by rapid cooling (2014)
  • Author(s): K. Mori, S. Tomihira, T. Fukunaga, J. Siewenie
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Local structures and electrochemical properties of Li2S-GeS2 superionic glasses (2014)
  • Author(s): K. Furuta, K. Mori, T. Fukunaga, Y. Onodera, T. Otomo
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Structure and conductivity of Na-P-S superionic conducting glasses studied by neutron and X-ray diffraction (2014)
  • Author(s): Y. Onodera, H. Nakashima, K. Mori, T. Otomo, T. Fukunaga
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Neutron aided battery analysis: status and prospects (2014)
  • Author(s): H. Arai, M. Yonemura, K. Mori, T. Kamiyama, T. Fukunaga, Y. Onodera, A. Mitsui, T. Naka, M. Morishima, H. Sugaya, H. Komatsu, Y. Orikasa, Y. Ishikawa, D. Sulistyanintyas, K. Shimoda, Y. Uchimoto, Z. Ogumi
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Development of in situ technique for battery study using special environment neutron powder diffractometer, SPICA (2014)
  • Author(s): M. Yonemura, K. Mori, T. Kamiyama, T. Fukunaga, Y. Ishikawa, S. Torii, R. Tomiyasu, D. Sulistyanintyas, Y. Onodera, A. Mitsui, T. Naka, M. Morishima, H. Sugaya, H. Komatsu, M. Hirayama, R. Kanno, N. Kitamura, Y. Idemoto, K. Shimoda, Y. Ukyo, H. Arai, Y. Uchimoto, Z. Ogumi
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Li2S-P2S5系超イオン伝導ガラスのリチウムイオン安定領域の評価 (2014)
  • Author(s): 森一広、市田智晴、冨平昌吾、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会2014年春期講演大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学（大岡山キャンパス）
• [Presentation] Li2S-P2S5系超イオン伝導ガラスのリチウムイオン可動空間の視覚化 (2013)
  • Author(s): 森一広、市田智晴、冨平昌吾、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本中性子科学会第13回年会
  • Place of Presentation: さわやかちば県民プラザ（千葉県、柏市）
• [Presentation] 急冷処理を施した7Li3xLa2/3-xTiO3のリチウムイオン可動空間 (2013)
  • Author(s): 冨平昌吾、森一広、福永俊晴、Joan Siewenie
  • Organizer: 日本中性子科学会第13回年会
  • Place of Presentation: さわやかちば県民プラザ（千葉県、柏市）
• [Presentation] Li2S-P2S5系超イオン伝導ガラスのリチウムイオン可動空間予測 (2013)
  • Author(s): 森一広、市田智晴、冨平昌吾、福永俊晴
  • Organizer: 第39回固体イオニクス討論会
  • Place of Presentation: くまもと県民交流館パレラ（熊本県、熊本市）
• [Presentation] Li2S-P2S5系リチウムイオン伝導ガラスのリチウムイオン可動空間の予測 (2013)
  • Author(s): 森一広、福永俊晴、小野寺陽平、市田智晴
  • Organizer: 日本金属学会 2013年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（角間キャンパス）
• [Presentation] 急冷処理を施したLi3xLa2/3-xTiO3の中距離構造およびLiイオン可動空間の予測 (2013)
  • Author(s): 冨平昌吾、森一広、福永俊晴、Joan Siewenie
  • Organizer: 日本金属学会 2013年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（角間キャンパス）
• [Presentation] 次世代二次電池開発に向けたNa-P-S系固体電解質の構造解析 (2013)
  • Author(s): 中島広志、小野寺陽平、森一広、福永俊晴
  • Organizer: 日本金属学会 2013年秋期講演大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（角間キャンパス）
• [Presentation] 中性子／Ｘ線回折および逆モンテカルロモデリングによるLi-P-S系超イオン伝導体の構造研究 (2013)
  • Author(s): 小野寺陽平、森一広、大友季哉、福永俊晴
  • Organizer: 日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 信州大学
• [Presentation] 急冷処理を施した7Li3xLa2/3-xTiO3の中距離構造とボトルネックサイズの評価 (2013)
  • Author(s): 森一広、福永俊晴、Joan Siewenie、Thomas Proffen
  • Organizer: 日本金属学会 2013年春期大会
  • Place of Presentation: 東京理科大
• [Presentation] 中性子回折及び逆モンテカルロモデリングによるLi3xLa2/3-xTiO3の中距離構造の視覚化 (2012)
  • Author(s): 森一広、福永俊晴、Joan Siewenie、Thomas Proffen
  • Organizer: 日本金属学会 2012年秋期大会
  • Place of Presentation: 愛媛大
• [Presentation] Li2S-P2S5系リチウムイオン伝導ガラスのLi濃度と局所構造の関係 (2012)
  • Author(s): 市田智晴、森一広、福永俊晴、小野寺陽平
  • Organizer: 日本金属学会 2012年秋期大会
  • Place of Presentation: 愛媛大
• [Presentation] メカニカルグラインディング処理によるLi10GeP2S12の非晶質化と電気伝導度の変化 (2012)
  • Author(s): 又野卓、森一広、福永俊晴、小野寺陽平
  • Organizer: 日本金属学会 2012年秋期大会
  • Place of Presentation: 愛媛大
• [Presentation] Li3xLa2/3-xTiO3の中距離構造の視覚化とボトルネックサイズの評価 (2012)
  • Author(s): 森一広、福永俊晴、Joan Siewenie、Thomas Proffen
  • Organizer: 日本中性子科学会 第12回年会
  • Place of Presentation: 京都大
• [Presentation] Li2S-P2S5系リチウムイオン伝導ガラスの電気伝導特性と局所構造 (2012)
  • Author(s): 市田智晴、森一広、小野寺陽平、福永俊晴
  • Organizer: 日本中性子科学会 第12回年会
  • Place of Presentation: 京都大
• [Presentation] 中性子散乱による超イオン伝導体の構造に関する研究 (2012)
  • Author(s): 小野寺陽平、森一広、杉山正明、福永俊晴、大友季哉
  • Organizer: 日本中性子科学会 第12回年会
  • Place of Presentation: 京都大