2017 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment and application of quantitative analytical method for lithium distribution of lithium-ion battery electrodes using laser-induced breakdown spectroscopy
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16K14444
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
今宿 晋 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40606620)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーザ誘起プラズマ分光法 / リチウムイオン電池 / リチウム元素マッピング / 負極 / 3次元分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池は携帯電話やノートパソコンなどの小型機器から自動車などの大型機器まで幅広く使用されている。今後、ますます大型機器への応用が展開されることが予想されるが、その際、寿命やエネルギー密度などの性能を向上させる必要がある。性能向上には、電極と電解質(電解液)との界面における反応を均一に生じさせなければならない。しかし、現状では、均一な反応を生じさせることが難しく、その原因究明が重要な課題となっている。本研究では、レーザ誘起プラズマ分光法(LIBS)を用いて、電極における反応分布を研究室レベルで短時間で測定できる方法の確立を目指した。昨年度は、正極(LiCoO2)における反応分布を半定量的に測定することができたので、本年度は、負極(グラファイト)におけるリチウムの分布測定手法の確立を目指した。
負極表面を0.5mmおきにレーザーを照射することで２次元方向のリチウム分布を測定した。また、同じ測定点にレーザーを繰り返し照射することで深さ方向についての測定も行った。充電速度0.1 Cで50 %まで充電した負極について、LIBS測定したところ、２次元分布については、すべての深さにおいてリチウム濃度が不均一になっており、電解液と接している部分でリチウム濃度が最も高く、そこから離れるにしたがってリチウムイオン濃度は減少した。また、深さ方向についても、電解液と接している面のリチウムイオン濃度が最も高く、反対側の面に近づくにしたがってリチウムイオン濃度が減少した。さらに、負極の厚さを半分(150um)にしたところ、深さ方向に対してリチウム濃度はあまり変化しなかった。以上のように、リチウムが電解液に接している部分から優先的に侵入し、電極厚さが小さいほど電極反応が短時間で進行する現象をLIBS測定によって捕らえることができた。
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