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エピタキシャル電極を用いたリチウム電池正極界面反応機構の解明

Research Project

Project/Area Number08J07830
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionTokyo Institute of Technology
Research Fellow 平山 雅章  Tokyo Institute of Technology, 大学院・総合理工学研究科, 助教
Project Period (FY) 2008
Project Status Completed(Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥800,000 (Direct Cost : ¥800,000)
Fiscal Year 2008 : ¥800,000 (Direct Cost : ¥800,000)
Keywordsリチウム電池 / 二次電池 / イオン拡散 / ハイブリッド自動車 / X線表面散乱 / 中性子散乱
Research Abstract

自動車用途に向けて高出力化か望まれているリチウムイオン二次電池の電極反応機構解明を目指し,特に反応の律速が存在する正極と電解液の固液界面に着目した.層状岩塩型、スピネル型、オリビン型の各実用電極について,(1)エピタキシャル薄膜電極による均一な固液界面の構築,反応を単純化し、(2)放射光X線表面回折法,中性子反射率法により電極再表面(数nm)の構造変化、価数変化をその場観測により検討した.
(1)パルスレーザー堆積法を用いたエピクキシャル薄膜の作製条件を検討し,結晶の質、方位,膜厚を制御した薄膜の作製に成功した.薄膜界面の同定はX線反射率法,AFM,SEM観察により行い,解析に理想的な二次元界面を有することを明らかにした。
(2)エピタキシャル薄膜電極とその場観察用電気化学セルを用いて、固液界面挙動の検討を行った。放射光X線表面回折測定は,大型放射光施設SPring-8 BL14を使用して,7/27-7/31の4日間行った.X線の入射角を変化させることで,表面からの深さ方向の構造変化の検出に成功し,電池反応中に最表面構造が再配列することを明らかにした.さらに薄膜格子を基板により規制することで,リチウムイオンの拡散方向を制御出来る可能性を見いだした。中性子がX線よりリチウムイオン変化の検出に優れていることを利用して,電池反応中の電極電解質界面のリチウムイオンの動き検出を試みた.その結果,界面構造が大きく変化することを明らかにした.中性子を用いたリチウム電池電極/電解質界面のその場観測はこれまでに例がない.In situ中性子反射率法は電池反応場におけるリチウムイオンの動きだけでなく,電気二重層の形成過程を調べる上でも有用な測定方法になると考える.

Report

(1results)
  • 2008 Annual Research Report

Research Products

(10results)

All 2009 2008 Other

All Journal Article Presentation Remarks

  • [Journal Article] Surface structure of LiNi_<0. 8>Co_<0. 2>O_2 : a new experimental technique using in situ X-ray diffraction and two-dimensional epita xial film electrodes2009

    • Author(s)
      K. Sakamoto, M. Hirayama, N. Sonoyama, D. Mori, A. Yamada, K. Tamura, J. Mizuki. R. Kanno
    • Journal Title

      Chemistry of Materials (In press)

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural investigation of Eu^<2+> emissions from alkaline earth zirconium phosphate2009

    • Author(s)
      Masaaki Hirayama, Noriyuki Sonoyama, Atsuo Yamada, Ryoji Kanno
    • Journal Title

      Journal of Solid State Chemistry 182

      Pages : 730-735

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Relationship between structural characteristics and photolumi nescent properties of (La_<1-x>Eu_x) _2M_2O_7 (M=Zr, Hf, Sn) pyrochlores2008

    • Author(s)
      Masaaki Hirayama, Noriyuki Sonoyama, Atsuo Yamada, Ryoji Kanno
    • Journal Title

      Journal of Luminescence 128

      Pages : 1819-1825

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] エピタキシャル薄膜電極によるリチウム電池反応機構の検討2009

    • Author(s)
      平山雅章, 當寺ヶ盛健志, 鈴木耕太, Cho Woosuk, 園山範之, 山田淳夫, 菅野了次, 田村和久, 水木純一郎
    • Organizer
      第47回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2009-01-08
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanistic study on LiFePO_4 epitaxial thin-film electrode using a surface X-ray scattering technique2008

    • Author(s)
      M. Hirayama, K. Sakamoto, W. Cho, T. Tojigamori, K. Suzuki, N. Sonoyama, D. Mori, A. Yamada, R. Kanno, K. Tamura, J. Mizuki
    • Organizer
      3rd Asian Conference on Electrochemical Power Sources
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2008-11-10
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] リチウム電池電極の表面構造変化と反応機構の検討2008

    • Author(s)
      平山雅章, Woosuk CHO, 當寺ヶ盛健志, 鈴木耕太, 園山範之, 山田淳夫, 菅野了次, 田村和久, 水木純一郎
    • Organizer
      第49回電池討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2008-11-05
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] Surface Structure Changes of Intercalation Cathodes during the Initial Electrochemical Process2008

    • Author(s)
      M. Hirayama, K. Sakamoto, T. Tojigamori, K. Suzuki, W. Cho, A. Yamada, K. Tamura, J. Mizuki, R. Kanno
    • Organizer
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-state Science
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii
    • Year and Date
      2008-10-14
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] MECHANISTIC STUDY ON LIFEPO_4 EPITAXIAL THIN-FILM ELECTRODE USING A SURFACE X-RAY SCATTER-ING TECHNIQUE2008

    • Author(s)
      M. Hirayama, K. Sakamoto, W. Cho, T. Tojigamori, K. Suzuki, N. Sonoyama, D. Mori, A. Yamada, R. Kanno, K. Tamura, J. Mizuki
    • Organizer
      The 14th International Meeting on Lithium Batteries
    • Place of Presentation
      Tianjin, China
    • Year and Date
      2008-06-24
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] X線散乱法によるLiNi_<0. 8>Co_<0. 2>O_2電極反応機構の検討2008

    • Author(s)
      平山雅章, 坂本和幸, Cho Woosuk, 當寺ヶ盛健志, 鈴木耕太, 山田淳夫, 菅野了次, 園山範之, 田村和久, 水木純一郎
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会平成20年度春季大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2008-05-29
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL
      http://www.echem.titech.ac.jp/index.html
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

URL :

Published : 2008-04-01   Modified : 2016-04-21  

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