2017 Fiscal Year Annual Research Report
In-situ neutron and X-ray scattering investigations for lithium-ion battery materials
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15K06483
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
森 一広 京都大学, 原子炉実験所, 准教授 (40362412)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 中性子 / 放射光X線 / 電池材料 / イオン伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、大強度陽子加速器施設／物質・生命科学実験施設（J-PARC／MLF）や大型放射光施設（SPring-8）の量子ビーム（中性子線及び放射光X線）をフル活用し、電気自動車や家庭用蓄電システム等のキーテクノロジーである全固体リチウムイオン電池（LIB）の電池反応メカニズムについて解明することである。量子ビーム実験に適した全固体LIBを開発し、結晶・非晶質系固体電解質（リチウムイオン伝導体）および正・負極活物質（混合導伝体）中の充放電下でのリチウムイオンの位置、イオン伝導経路及び動き（ダイナミクス）について詳細に調べ、全固体LIBの電池性能を決めている主な要因を明らかにする。
平成29年度（最終年度）は、全固体LIBの固体電解質材料としてLi7P3S11固体電解質およびLi10GeP2S12固体電解質を選定し、本研究課題で開発したリバースモンテカルロ（RMC）モデリングとボンド・バレンス・サム（BVS）解析を組み合わせたリチウムイオン伝導経路可視化技術のさらなる高度化を行った。その結果、これまでに報告されているリチウムイオン伝導経路よりも、さらに局所的なリチウムイオン伝導経路を示すことに成功した。また、電圧印加時中性子準弾性散乱実験用のセル開発を行い、Li7P3S11固体電解質の中性子準弾性散乱データを取得することに成功した。これにより、リチウムイオンの動きを直接観察することが可能となった。加えて、新たな全固体蓄電池の可能性を模索するため、フッ化物系固体電解質の作製および中性子散乱実験を行った。特に、PbF2-SnF2系固体電解質について構造を可視化し、構造学的視点からフッ素イオン伝導経路およびイオン伝導メカニズムについて明らかにした。
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