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2011 Fiscal Year Annual Research Report

薄膜リチウム電池のインターカレーション正極における相境界移動の可視化

Research Project

Project/Area Number 22750164
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

桑田 直明  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00396459)

Keywords固体イオニクス / 顕微ラマン分光 / インターカレーション / 二相共存反応 / In situラマン分光 / 全固体電池 / 薄膜二次電池 / 固体電解質
Research Abstract

本研究では、in situ顕微ラマン分光法を用いて、全固体薄膜電池のインターカレーション正極の構造変化と相境界移動を明らかにすることを目的とした。最終年度である今年は、東日本大震災による被害のため数か月遅れたが、その後は順調に復旧が進み、以下の成果を得ることが出来た。
(1)コバルト酸リチウム(LiCoO_2)のin situ顕微ラマン分光により、充放電によりリチウム量を変化すると共にLiCoO_2の構造がH1、H1/H2二相共存、H2、M、H2'と連続して変化することを明らかにした。ラマンマッピングにより二相共存領域での相境界を観察し、その移動速度を見積もった。リチウム挿入時とリチウム脱離時に、拡散経路の空隙の差に起因する、相境界移動速度の違いがあることを見出した。(2)マンガン酸リチウム(LiMn_2O_4)のin situ顕微ラマン分光により、同様に、リチウム量を変化させると、LiMn_2O_4、Li_0.5Mn_2O_4、λ-MnO_2と構造変化が進むことを明らかにした。マッピングにより二相共存領域の相境界を観察したところ、移動速度はLiCoO_2よりも遅く拡散係数が小さいことを明らかにした。(3)LiCoO_2の充放電を繰り返すと、in situラマンスペクトルの強度が徐々に減少することからin situラマン分光法を劣化検出に応用できることを見出した。XRDや高分解能TEMなどから、サイクル劣化によるラマンスペクトルの変化はナノ粒子化とリチウム欠損が原因であることを明らかにした。(4)スピネル構造のLiCoMnO_4正極を用いた全固体薄膜電池を作製し、4.9Vと5.1Vで繰り返しリチウムを挿入・脱離可能であることを示した。
以上の成果は、固体イオニクス国際会議(ポーランド)、日本物理学会、固体イオニクス討論会などで発表された。

  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011

All Journal Article (1 results) Presentation (12 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] レーザーと核磁気共鳴を用いたリチウム二次電池の研究開発2011

    • Author(s)
      桑田直明, 岩井良樹, 河村純一
    • Journal Title

      Materials Integration

      Volume: 24 Pages: 172-179

  • [Presentation] リチウム電池正極材料LiCoO_2の交流インピーダンス法による電子伝導とイオン伝導の分離2012

    • Author(s)
      桑田直明, 藤本大地, 松田康孝, 河村純一, 小林哲郎, 朝岡賢彦
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      兵庫
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] リチウム電池の充放電時におけるin situ NMRイメージング2012

    • Author(s)
      岩井良樹, 大野大生, 桑田直明, 河村純一
    • Organizer
      第59回固体イオニクス研究会
    • Place of Presentation
      札幌(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-20
  • [Presentation] 薄膜型全固体電池におけるLiCoO_2の電極反応解析2011

    • Author(s)
      小林哲郎, 太田慎吾, 野中敬正, 朝岡賢彦, 右京良雄, 松田康孝, 桑田直明, 河村純一
    • Organizer
      第37回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      鳥取
    • Year and Date
      2011-12-07
  • [Presentation] 正極LiCoO_2の交流インピーダンスによる電子伝導とイオン伝導の分離2011

    • Author(s)
      藤本大地, 松田康孝, 桑田直明, 河村純一, 小林哲郎, 朝岡賢彦
    • Organizer
      第37回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      鳥取
    • Year and Date
      2011-12-07
  • [Presentation] ^7Li MAS NMRによるLiCoO_2の比較と局所構造解析2011

    • Author(s)
      石川浩紀, 岩井良樹, 桑田直明, 河村純一
    • Organizer
      第37回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      鳥取
    • Year and Date
      2011-12-07
  • [Presentation] アコースティック・エミッション法によるSnO負極の劣化検出2011

    • Author(s)
      加藤周太郎, 駒形将吾, 桑田直明, 河村純一, 佐藤一永, 水崎純一郎
    • Organizer
      第52回電池討論会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-10-18
  • [Presentation] In-situ顕微ラマン分光によるリチウム二次電池正極活物質の劣化研究2011

    • Author(s)
      大川竜徳, 伊勢一樹, 松田康孝, 桑田直明, 河村純一
    • Organizer
      第7回固体イオニクスセミナー・第57回固体イオニクス研究会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-04
  • [Presentation] 5V級正極材料コバルトマンガン酸リチウムを用いた薄膜リチウム二次電池2011

    • Author(s)
      工藤将太, 松田康孝, 桑田直明, 河村純一
    • Organizer
      第7回固体イオニクスセミナー・第57回固体イオニクス研究会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-04
  • [Presentation] MAS NMRによるLiCoO_2の比較と局所構造解析2011

    • Author(s)
      石川浩紀, 岩井良樹, 桑田直明, 河村純一
    • Organizer
      第7回固体イオニクスセミナー・第57回固体イオニクス研究会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-04
  • [Presentation] アコースティック・エミッション法によるSnO負極の劣化検出2011

    • Author(s)
      加藤周太郎, 駒形将吾, 桑田直明, 河村純一, 佐藤一永, 水崎純一郎
    • Organizer
      第7回固体イオニクスセミナー・第57回固体イオニクス研究会
    • Place of Presentation
      富山
    • Year and Date
      2011-09-04
  • [Presentation] In Situ Raman Spectroscopy of Thin Film Battery : Structure Change and Phase Boundary Movement of Li_xCoO_22011

    • Author(s)
      N. Kuwata, Y. Matsuda, J. Kawamura, O. Kamishima
    • Organizer
      18th International Conference on Solid State Ionics (SSI-18)
    • Place of Presentation
      ワルシャワ、ポーランド
    • Year and Date
      2011-07-08
  • [Presentation] 交流インピーダンス法によるLiCoO_2の電子伝導とイオン伝導の分離2011

    • Author(s)
      藤本大地, 中川敦允, 駒形将吾, 松田康孝, 桑田直明, 神嶋修, 河村純一, 小林哲郎
    • Organizer
      第56回固体イオニクス研究会・第15回超イオン導電体物性研究会
    • Place of Presentation
      奈良
    • Year and Date
      2011-05-20
  • [Book] 全固体リチウムイオン二次電池の開発と製造技術、第6章第3節PLD法を用いた正極材料・固体電解質の薄膜化2012

    • Author(s)
      桑田直明、金村聖志, 他
    • Total Pages
      191-205
    • Publisher
      サイエンス&テクノロジー
  • [Book] 全固体電池開発の最前線(Frontiers of Research on All-Solid-State Batteries),第17章全固体薄膜電池と界面構築2011

    • Author(s)
      桑田直明、辰巳砂昌弘, 他
    • Total Pages
      153-156
    • Publisher
      シーエムシー出版

URL: 

Published: 2013-06-26  

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