Study of locally disturbed crystal structure and multi carrier dynamics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: NAKAMURA Koichi 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20284317)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 犬飼 宗弘 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60537124) ; 森賀 俊広 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90239640)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超イオン電導体 / 電極材料 / 固体電解質材料 / NMR / 電気伝導 / イオン伝導

Outline of Final Research Achievements

Electrode materials for ion secondary battery become increasingly important to spread a use of the renewable energy, and a development of advanced electrode materials is the urgent task. Both ionic conduction and electronic/poralonic conduction are needed and it is important to understand their conducting behaviors in electrode materials.
In this study, Li4Ti5O12 (LTO) and Na2Ti3O7 (NTO) with the layered structure and olivine LiFePO4 (LFP) including the tunnel structure are studied to elucidate an enhancement of conductivity and ion dynamics associated with a local change of the crystal structure by XRD, NMR, electrical conductivity, and transference number measurements. Local disturbance caused by milling and oxygen deficiency changed the ionic and electronic transference number and electrical conduction in these oxides.

Free Research Field

固体イオニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在注目されているリチウムイオン2次電池であるが、その構成要素であるリチウムを含む各種の遷移金属酸化物における電子やイオンによる電気伝導挙動の理解は、直接的に電池性能に影響を及ぼすために、次世代材料開発などにおいてだけでなく固体物性上も非常に重要である。特に、電極材料ではイオン伝導が主であるが、最近報告されるように電子・ポーラロン伝導などの複数の電荷キャリアーとの関係の中で、イオン運動がどのような振る舞いをするのか、よく理解されていない。本研究により複数の電荷キャリアーが存在する中でのイオン運動について知見を得ることで、酸化物中の電気伝導挙動の理解に寄与することができる。