2013 Fiscal Year Research-status Report
オペランド軟X線吸収/発光分光を用いた二次電池電極材料の電子状態解析
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25871186
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
朝倉 大輔 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 研究員 (80435619)
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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 / 電極材料 / 酸化還元反応 / 軟X線分光 / オペランド解析 |
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| Research Abstract |
本研究では、リチウムイオン二次電池電極材料を対象として、放射光施設におけるオペランド軟X線吸収/発光分光技術を確立することを第一の目的としている。平成25年度は、東京大学グループによって燃料電池触媒用に開発されたIn situセルをベースに、測定対象となる電極活物質と電解液、対極から成るリチウムイオン二次電池電極材料用のIn situセル開発を行った。オペランド軟X線分光測定は、SPring-8の東京大学ビームラインBL07LSUを利用して実施した。また、Ex situ雰囲気で充放電を施した複数の先端的電極材料に対して、軟X線分光や硬X線分光による電子状態解析を実施した。
In situセル開発においては、電解液の漏洩や短絡が無いこと、電極部分が高真空と大気圧槽（電解液槽）の隔壁としても機能すること、この電極材料に対して十分なS/N比で分光測定が可能なことを確認した。第一に、電圧印加の無い状態（開放端電位）で分光測定を実施し、続いて、充電・放電を伴うオペランド分光測定法を行った。これと同時に、充放電シーケンスの最適化を進めた。インターカレーション系の電極材料に対して、充放電前後でスペクトルが可逆的に変化すること、即ち、電極材料中の遷移金属元素の可逆的な酸化還元反応を見出した。分光測定を行った各電位間でのサイクリックボルタモグラムは、通常の電池セルと同等の形状を示し、本システムにおいても正しく充放電が行えていることが明らかになった。さらに、Ex situ測定での結果とオペランド測定の結果との差異を調べた。今後、多重項計算を用いて、スペクトルの詳細な解析を行うとともに、電池特性と電子状態の関係について検討を進め、本手法を適用する電極材料の範囲を広げていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画で想定していた、In stuセル開発における様々な障害が予想よりも少なく、順調に進展している。また、得られたデータが予想よりも良質なものであり、他の電極材料への展開が加速したと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度に開発した手法を、高電位型の正極材料や低電位で駆動する負極材料などに展開していく。さらに、得られた電子状態の知見と電極特性との関連性について検討していく。
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