2016 Fiscal Year Annual Research Report
Hierarchical Spatiotemporal Analyses of Nonequilibrium Reactions and the Design of Batteries
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25249141
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
内本 喜晴 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50193909)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
折笠 有基 立命館大学, 生命科学部, 准教授 (20589733)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 蓄電池 / リチウムイオン二次電池 / 非平衡挙動 / オペランド解析 / 階層構造 / 放射光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蓄電池の反応では複数の現象が絡み合っており、なおかつ非平衡状態であるため、従来の蓄電池研究で使用されてきた解体分析では、反応速度の支配因子や劣化機構を的確に把握できない。そのため、放射光を利用した蓄電池が作動している状態での、 “オペランド計測”は、蓄電池開発のために極めて有効である。電極・電解質界面での反応の後、電極活物質中でのリチウムイオン挿入脱離反応が進行する。リチウムイオン二次電池の作動条件下では継続的なイオン・電子のやりとりにより、電極活物質が相変化し、特に、高速充放電下相変化では、平衡状態の相変化と異なった挙動が起こる可能性がある。本研究ではモデル材料としてLiFePO4を取り上げ、電極活物質の非平衡状態における相変化の経時変化を明らかにし、高速反応の起源の解明を試みた。本研究ではLiFePO4の高速充放電中において二相の中間の格子定数を有する新相LixFePO4相が生成することを初めて発見した。LixFePO4相の出現量は反応速度に比例し、二相の歪みを緩和するLixFePO4相が二相の中間に生成する事で反応が滞りなく進行する事が、LiFePO4が高速充放電特性を有する要因であると考えられる。時間分解測定によるLiFePO4の相転移挙動の研究は、今まで計算や定常状態の測定からの推測でしか議論されてこなかった非平衡状態の相挙動について直接的な観察を行い、未知の相転移現象を明らかにしたものであり、新規二相反応系電極の設計指針の構築に端緒を与える結果を得られた点で重要である。さらに、第一原理計算に基づき設計された格子体積差の小さいLi(Fe1-yZry)(P1-2ySi2y)O4を開発し、格子歪の抑制により準安定中間相の安定化に寄与してスムーズな相転移反応を実現し、高入出力化が可能であることを示した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Irreversible Phase Transition between LiFePO4 and FePO4 during High-rate Charge-discharge Reaction by operando X-ray Diffraction2016
Author(s)
Ikuma Takahashi, Takuya Mori, Takahiro Yoshinari, Yuki Orikasa, Yukinori Koyama, Haruno Murayama, Katsutoshi Fukuda, Masaharu Hatano, Hajime Arai, Yoshiharu Uchimoto, Takayuki Terai
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Journal Title
J. Power Sources
Volume: 119
Pages: 122-126
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Improved Rate Capability By Dynamic Crystal Structure Change of Co-Substituted LiFePO4 with Reduced Lattice Mismatch2016
Author(s)
Takahiro. Yoshinari, Yuki. Orikasa, Takuya. Mori, Motoaki. Nishijima, Koji. Ohira, Shogo. Esaki, Toshitsugu. Sueki, Takuya. Ootani, Yuichi. Kamimura, Koji. Ohara, Katsutoshi. Fukuda, and Yoshiharu. Uchimoto
Organizer
The 18th International Meeting on Lithium Batteries
Place of Presentation
Chicago
Year and Date
2016-06-20 – 2016-06-20
Int'l Joint Research
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