2023 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of in-situ estimation method of lithium accumulated in lithium ion secondary batteries using elastic recoil detection technique
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20K05138
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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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2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | リチウム酸化物 / リチウムイオン電池 / リチウムイオン移動機構 / 大気型反跳粒子検出法 / リチウム蓄積量 / 液体電解質 / 水素 / 正極/電解質界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、大気雰囲気において液体中のリチウム濃度を約10 nmの深さ分解能で高感度に測定できる反跳粒子検出(ERD)法を用いて、リチウム(Li+)イオン電池の充放電時における電極-液体電解質界面のLi+イオン移動量をその場で測定し、Li+イオン移動機構を解明するとともに、充放電時の電極および電解質内の過渡的なLi蓄積量を定量的に評価する手法を確立することを目的とした。
マグネトロンスパッタリング蒸着装置を用いて、厚さ約100 nmのLiCoO2薄膜を寸法25.4 mm×25.4 mm×150 μmのLATPの片側に正極として蒸着した後、厚さ約10 nmのAuおよびPtをLiCoO2およびLATP側に集電体として蒸着してAu/LiCoO2/LATP/Pt試料を作製した。この試料に高速(150 mV/s)および低速(9.62 mV/s)で±2.8 Vまで印加しながらAu/LiCoO2/LATP界面近傍におけるLi濃度分布を9 MeVのO4+イオンビームを用いたERD法により測定した。
得られたERDスペクトルより、LiCoO2正極中のLi濃度は充電によって72%(Li0.28CoO2)減少した後、高速放電では48%(Li0.48CoO2)、低速放電では95%(Li0.95CoO2)まで増加することがわかった。これは、高速放電ではLiが正極中に戻るが再び固体電解質側へ移動していると考えられる。また、Au/LiCoO2界面付近のLi濃度は低速放電によって未充電のLi濃度より高くなり、放電速度に依存することも判明された。また、Au/LiCoO2界面付近のLi濃度は低速放電によって未充電のLi濃度より高くなり、放電速度に依存することも判明された。しかしながら、LiCoO2中のH濃度は充放電により変化しないことがわかった。LiCoO2中に蓄積されたHはLi+イオン移動を妨げていることが考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
大学院生および技術職員の協力を得て、これまで、既存の装置を改良したイオンビーム分析(反跳粒子検出(ERD)法)装置を用いて、異なる電圧で充放電されたLi+イオン電池内のLiCoO2正極材料中のLiおよびH濃度を同時に測定することを可能にした。
また、購入した温度および湿度調整装置を用いて、大気雰囲気で加熱温度および湿度を変化させながらLi+イオン電池内のLiCoO2正極中のLiおよびH濃度を調べられるようにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
購入した温度および湿度調整装置を用いて、大気雰囲気で加熱温度および湿度を変化させながらLiCoO2正極からLi(あるいはC)負極へ、また、Li(あるいはC)負極からLiCoO2正極への電位勾配によりLiPF6液体電解質内を駆動されて流されるLi+イオンの流量をその場で測定するとともに、電気化学測定装置を用いて計測する電流値と比較し、放電時のLi+イオン移動量と電気特性との関連性を調べる。
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