Visualization of ion flows on bulk and solid-solid interfacial in all-solid-state batteries using operando neutron scattering

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02457
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization (2021-2022); Kyoto University (2019-2020)
• Principal Investigator: Mori Kazuhiro 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (40362412)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩瀬 謙二 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (00524159) ; 大場 洋次郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (60566793)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 蓄電池 / イオン伝導体 / 中性子 / 構造

Outline of Final Research Achievements

In this study, we utilized the state-of-the-art neutron diffractometers located at the Materials and Life Science Experimental Facility, Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC MLF). The detailed atomic arrangements and predicted conduction pathways of lithium and fluoride ions in solid electrolytes such as Li2S-SiS2 glasses, Ca doped CeF3, and Ba0.6La0.4F2.4, were visualized using latest crystal and amorphous structure analysis. Additionally, we performed quasi-elastic neutron scattering experiments in order to directly observe the mobile lithium ions in Li7P3S11 solid electrolyte under the applied voltage.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我が国の世界トップクラスの中性子回折・散乱装置群を活用し、本研究で見出すことができた全固体蓄電池で使用する固体電解質材料に関するリチウムイオンおよびフッ化物イオンが動きやすい原子配置、イオン伝導経路およびイオン動きに関する知見は、学術分野におけるイオン伝導メカニズムの解明に大きく貢献すると共に、さらに高性能な蓄電池の開発に向けた設計指針としても役立てることができる。