2017 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of the relation between electrode performance and electronic structure of rechargeable-battery electrodes by hard and soft X-ray photoemission spectroscopy
| Project/Area Number |
16K17928
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
朝倉 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80435619)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | リチウムイオン電池 / 電極材料 / 光電子分光 / 酸化還元反応 / X線分光 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では硬・軟X線光電子分光を駆使し、リチウムイオン二次電池電極材料の詳細な電子状態解析を行うことを目的とした。過去に申請者らが開発したオペランド軟X線吸収・発光分光で得られた知見と合わせ、電極材料の遷移金属3d軌道、および配位子の酸素等の2p軌道を直接的かつ詳細に観測し、電子論的な観点から充放電機構を解明することに取り組んだ。光電子分光を用いることで占有電子状態の状態密度を直接的な情報を得ることが可能となり、軟X線吸収・発光分光のデータと相補的な結果を得ることができた。電極材料の化学状態を議論する上で、内殻光電子スペクトルはよりシンプルな情報を与え、例えば、LiFePO4正極においては、Fe2+⇔Fe3+の酸化還元反応を明確にとらえることに成功した。また、Al Kα線現などを用いた軟X線光電子分光は軟X線吸収・発光分光と比較すると表面敏感な手法であり、充放電によって生じる電極表面上の被膜（SEI: Solid Electrolyte Interface）の形成の確認や、薄膜電極の表面の清浄さの判定に有効であった。電解液を用いた場合の電極はもちろん、全固体系の電極においても、一部はSEIで構成されると思われる表面堆積物の存在が顕著であり、これらの分析には軟X線光電子分光が威力を発揮するとともに、試料内部の情報については硬X線光電子分光や吸収・発光分光の適用が妥当である。特に、全固体電池の開発は喫緊の課題であり、薄膜電極を含む各種電極の電子状態解析のための光電子分光の適切な利用指針を得る重要な情報を得ることができた。
|
