2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K17924
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
片山 真祥 立命館大学, 生命科学部, 任期制講師 (90469198)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 反応分布 / リチウムイオン二次電池 / 電子伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、空間分解XAFS法を用いたリチウムイオン電池正極の反応分布解析を行った。今年度は正極反応分布の発現メカニズムを解明するために、リン酸鉄リチウムを活物質とする正極について正極作製方法や充放電環境による電池特性と反応分布特性についての解析を進めた。これまでに正極合剤内部の導電材料が反応分布に与える影響について、導電助剤の割合を増加することで反応が均一化するという結果が得られていたが、本研究では新たに導電助剤の厚み方向の分布により電池特性が大きく影響を受けることが明らかになった。これは、導電助剤の効率的な使用と導電助剤に求められる特性を理解する上で極めて重要な知見である。また、充放電サイクルを繰り返した際に不均一な反応分布がどのように変化するかについても詳細な解析を行った。同様に、正極反応分布への充放電時の温度による影響についても解析を進めており、使用環境が反応の空間分布に与える影響も明らかになった。これまで、電子伝導の抵抗のみが面内方向の分布に寄与していると考えられていた系においても、低温ではイオン拡散が寄与していることを示す結果が得られた。これらの結果は、不均一な反応を実際の電池使用環境でどうすれば抑制できるのかという課題に対して、電極作製方法だけではなく充放電モードや使用環境を含めて考えるべきであることを示唆している。
高速空間分解XAFS法による分布解析については、反応の起点から充電反応が伝播する様子についてモデルの構築を行い、関数による実験値の再現に成功した。引き続き、実験データを蓄積しモデルの信頼性評価を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電極内部の導電性を制御した正極作製方法を確立し、その方法で作製した電池特性の評価を実施した。また、温度制御下での空間分布測定が可能な電池セルを開発し、それを用いたイメージングXAFS測定を実施した。おおむね当初の計画通り、進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子伝導の抵抗のみが分布に寄与していると考えられていたリン酸鉄リチウム正極において、室温では電解液による拡散抵抗も面内分布に寄与していることを示す実験結果が得られている。温度制御はこれらの成分を切り分けるために非常に有効であると示唆されるため、引き続き、充放電温度による反応分布への影響を詳細に検討する。
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| Causes of Carryover |
消耗品の納期が、年度内に間に合わなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験の進捗に影響はなく、次年度予算で物品の購入を行う。
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[Journal Article] Ionic Conduction in Lithium Ion Battery Composite Electrode Governs Cross-sectional Reaction Distribution2016
Author(s)
Yuki Orikasa, Yuma Gogyo, Hisao Yamashige, Misaki Katayama, Kezheng Chen, Takuya Mori, Kentaro Yamamoto, Titus Masese, Yasuhiro Inada, Toshiaki Otha, Zyun Siroma, Shiro Kato, Hajime Kinoshita, Hajime Arai, Zempachi Ogumi, and Yoshiharu Uchimoto
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 26382/1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Determining Factors for Charge-Discharge Performances of Composite Electrode in Lithium-Ion Battery2016
Author(s)
Y. Orikasa, H. Yamashige, H. Tanida, M. Katayama, K. Kitada, K. Z. Chen, Y. Inada, T. Ohta, Z. Siroma, S. Kato, H. Kinoshita, H. Arai, Z. Ogumi, and Y. Uchimoto
Organizer
PRiME 2016/230th ECS Meeting
Place of Presentation
Honolulu Hawaii USA
Year and Date
2016-10-05
Int'l Joint Research
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