2015 Fiscal Year Annual Research Report
量子ビーム，熱力学測定を駆使した高機能性酸化物の特性発現機構の解明
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25420718
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
井手本 康 東京理科大学, 理工学部, 教授 (20213027)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 強誘電体 / 結晶構造 / 熱力学データ / 第一原理計算 / 電子構造 / 機能性酸化物 / 中性子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高機能性酸化物の特性向上の指針を得るには、特性に係わる反応過程を知ることが重要である。第１に、Liイオン電池は自動車用、電力貯蔵用などの大型用電源としての用途が期待されており、エネルギー密度などの更なる性能の向上が求められている。ここで、Liイオン電池正極材料の充放電過程では、Liの脱挿入過程の構造変化が特性を支配する重要なキーになる。そこで、高容量を示す次世代正極材料候補の0.4Li2MnO3-0.6LiMO2固溶体において遷移金属(M)の組成を変化させた試料について、電極特性、充電過程における熱力学的安定性や平均・局所結晶構造について検討した。その結果、充電および放電に伴い局所的なMO6八面体の構造歪みが異なることが明らかとなり、これに伴い熱力学的安定性、構造安定性が変化し、電池特性に影響していることを見出した。
さらに、固溶体材料を共沈法で合成し、中性子、放射光Ｘ線を用いた結晶・電子構造及び放射光X線・中性子全散乱による局所構造について、レートを変えた場合のサイクルに伴う変化を検討した。その結果、レートにより局所的な遷移金属の配列が異なることを見出した。これらがレートに伴うサイクル特性と放電電圧の低下に関与していることを明らかにした。
第２に、非鉛系強誘電・圧電材料としてBi0.5(Na0.7K0.25Li0.05)0.5TiO3(ABO3)およびその固溶系強誘電体を合成し、強誘電特性と平均, 局所結晶・電子構造の関係について検討した。結晶構造解析から、B-siteの共有結合性が増加することで酸素欠損が減少し、残留分極が増加していること、Bi(Zn,Ti)O3, Bi(Mg,Ti)O3を2.5%固溶した試料では、Bi周辺の局所的な歪みが増加し、A-siteでの歪みの増加が強誘電特性の向上に寄与していることを明らかにした。
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