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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

Research Project

Project/Area Number 25390036
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

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)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywordsナノマイクロ構造解析・評価・試験法 / 放射性トレーサー
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。

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。

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。

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。

  • Research Products

    (6 results)

All 2013 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [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
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B

      Volume: 317 Pages: 789-792

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2013.07.054

    • Peer Reviewed
  • [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
    • Journal Title

      京都大学原子炉実験所 KUR Report

      Volume: KURRI-KR-195 Pages: 31-34

  • [Presentation] 放射性トレーサー8Liによるリチウム拡散係数測定法開拓

    • Author(s)
      石山博恒
    • Organizer
      「タンデム領域の重イオン科学」研究会
    • Place of Presentation
      日本原子力研究開発機構先端基礎センター
  • [Presentation] 放射性トレーサー8Liによるリチウム電池固体材料中のリチウム拡散係数測定法開拓

    • Author(s)
      石山博恒、他
    • Organizer
      第16回超イオン導電体物性研究会/第63回固体イオニクス研究会
    • Place of Presentation
      日立シビックセンター
  • [Presentation] 短寿命核トレーサー8Liによる電池材料中のリチウム拡散係数測定

    • Author(s)
      石山博恒、他
    • Organizer
      「不安定原子核の理工学と物性応用研究III」専門研究会
    • Place of Presentation
      京都大学原子炉実験所
  • [Remarks] KEK短寿命核グループホームページ

    • URL

      http://kekrnb.kek.jp/index.php?FrontPage

URL: 

Published: 2015-05-28  

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