2022 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of migration process of lithium ions in all-solid-state lithium ion secondary batteries during charging and discharging
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17K06846
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
土屋 文 名城大学, 理工学部, 教授 (90302215)
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2017-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リチウム酸化物 / リチウムイオン二次電池 / リチウムイオン移動機構 / 飛行時間型反跳粒子法 / その場測定 / リチウム蓄積量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、飛行時間型反跳粒子検出(ToF-ERD)法を用いて、印加電圧に対する全固体Li+イオン二次電池試料内のLi濃度分布の変化を計測するとともに、全固体Li+イオン二次電池試料内におけるLi+イオン移動機構の解明を目的とした。
9 MeVのCu10+イオンプローブビームによるToF-ERD法を用いて、1.80 および2.20 Vまでの各充電圧時における全固体リチウムイオン二次電池Au/LiCoO2/LATP/Pt試料のAu/LiCoO2/LATP中に存在するHおよびLiの濃度分布の変化をその場で測定した。LiCoO2中のAu側から約30 nmの領域のLi濃度はどの深さに対しても充電による電圧の増加により一様に減少するが、LATP側の約30 nmの領域のLi濃度はAu側のLi濃度より高くなることがわかった。また、LiCoO2/LATP界面から約170 nmの領域のLATP中のLi濃度は減少し、その空間電荷層の厚みは約170 nm程度であると判明された。さらに、LiCoO2/LATP界面のLi濃度は、充電により僅かしか減少しないことがわかった。これらの結果は、界面近傍に形成されるLi濃度勾配および界面の欠陥は、Li+イオン伝導に大きな影響を与えることを示唆している。
従って、ToF-ERD法を用いることで、LiCoO2正極中のLi+イオンが電位勾配によりLATP中の負極側へ駆動されて流されることをその場で観測し、充電時におけるLi+イオン電池中のLi+イオン移動量を約数十nmの深さ分解能で定量的に評価することを可能とした。
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