2013 Fiscal Year Research-status Report
放射性トレーサー8Liによるコバルト酸リチウムのナノスケールでのリチウム拡散測定
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25390036
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
石山 博恒 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50321534)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノマイクロ構造解析・評価・試験法 / 放射性トレーサー |
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| Research Abstract |
本研究は、未だ確定していないリチウム2 次電池の正極材料であるコバルト酸リチウム(LiCoO2)のリチウム自己拡散係数を、放射性核種トレーサー8Li によりナノメータスケールでのリチウム拡散をその場(in-situ)で直接測定することで、その拡散係数を直接測定することを目的とする。低エネルギー（数 keV）の8Li 短寿命核ビームにより8Li を数十nm 深さに植え込み、さらに試料表面に対して小角度(～10度)に設置したアルファ粒子検出器により深さ方向のエネルギー感度を増した測定を行うことで、ナノメータスケールでのリチウム拡散をその場測定することが可能である。本研究により、汎用的にリチウム2 次電池材料のナノスケールでのリチウム拡散を非破壊的かつその場で測定する手法を確立する。
本年度は最初に手法の確立のため、従来の測定法で拡散係数測定を試みた全固体薄膜型リチウム2次電池固体電解質候補の1つであるLi2O-V2O5-SiO2 (LVSO)を試料として用いて、本研究による新しい測定手法によりリチウム自己拡散係数の直接測定を試みた。LVSO試料は、200℃未満の試料温度では従来法では測定下限値以下であった。放射性トレーサー8Liは日本原子力研究開発機構東海タンデム加速器施設同位体分離器より8 keVのエネルギーで供給し、試料に照射した。結果として、100、130℃でリチウム拡散によるアルファ線強度の時間変化を観測、シミュレーションとの比較により100℃で1×10^-11 cm2/s 程度の拡散係数が測定できた。これにより、従来法より2桁程度測定下限値を改善することができ、ナノスケールでのリチウム拡散測定の目処がついた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度はナノスケールでのリチウム拡散測定法の本格的な検証実験を行い、新手法で目指している10^-12 cm2/s台での拡散係数測定の目処がついた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、LiCoO2のリチウム拡散係数の測定実験を行う。また、リチウム正極材料の１つであるLiMn2O4の拡散係数測定も行い、手法の汎用性を高める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度に予定していた実験の一部が次年度の4月になったため。
平成26年度の最初の実験の旅費として使用予定。
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[Journal Article] In situ diffusion measurements in solids using short-lived radioactive tracers of 8Li and 20Na2013
Author(s)
H. Ishiyama, S. C. Jeong, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, M. Oyaizu, I. Katayama, M. Sataka, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, H. Makii, K. Nishio, T. K. Sato, A. Nakao
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B
Volume: 317
Pages: 789-792
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Measurement of Lithium Diffusion Coefficients in Battery Material Using Radioactive Tracer of 8Li2013
Author(s)
H. Ishiyama, S. C. Jeong, Y. X. Watanabe, Y. Hirayama, N. Imai, H. Miyatake, K. Nishio, H. Makii, A. Osa, Y. Otokawa, M. Matsuda, T. K. Sato, N. Kuwata, J. Kawamura, A. Nako, H. Ueno, Y. H. Kim, S. Kimura, M. Mukai
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Journal Title
京都大学原子炉実験所 KUR Report
Volume: KURRI-KR-195
Pages: 31-34
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