2016 Fiscal Year Annual Research Report
Surface and Interface studies of the electrode materials for Li-ion batteries from the basis of the atomic level characterization.
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26790053
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
橘田 晃宜 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 主任研究員 (90586546)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / オペランド表面観察 / チタン酸リチウム電極 / 第一原理計算 / 表面電荷移動 / リチウム吸蔵機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2016年度の主な研究成果としては1.充電過程(Li吸蔵過程)におけるチタン酸リチウム (Li4Ti5O12) 表面構造変化のオペランドAFM観察と2.Li吸着LiTi2O4(001)表面の第一原理計算の二点が挙げられる。1.に関してはモデル電解液としてプロピレンカーボネートを溶媒とした0.1MのLiPF6溶液を用い、充電の初期過程で、チタン酸リチウム表面にどのような構造変化が起こりうるのかを、環境制御型原子間力顕微鏡によって調査した。原子レベルで平坦なモデル単結晶試料に対し、オペランド測定用の電気化学測定セルで実際に電気化学的 Li 吸蔵反応を起こすことが可能であることを確認し、電流を流しながら走査プローブ顕微鏡での測定を行った。その結果、チタン酸リチウムの表面構造の変化は材料中へのLi挿入反応が起こりうる以前に生じることが明らかとなった。環境制御型 AFM による測定によって、電池セル内で起こりうる表面反応を実際に可視化できた点で本研究は意義深いと考えられる。2.に関してはチタン酸リチウム(LiTi2O4)へのLi吸蔵反応が原子レベルでどのように起こりうるのかを理解する目的で実施した。第一原理計算コードとしてQuantum MAterials Simulator (QMAS) を用いた電子状態計算を行い、チタン酸リチウムの結晶表面に吸着させたリチウム単原子から電荷がどのようにバルクへ広がるかを議論した。その結果、電荷の広がりは吸着リチウムと化学結合を生成した酸素の周囲の、特定のチタン原子に局在化する傾向があることを明らかにした。このような傾向はバルクの還元反応がリチウムと酸素の結合を介して起こりうる事を意味しており、以上より、遷移元素の酸化還元反応にとどまらないリチウム挿入の電気化学を説明する上で重要な知見を得たと考えている。
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