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全固体イオニクス素子の量子材料設計

研究課題

研究課題/領域番号 11229203
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関京都大学

研究代表者

田中 功  京都大学, 工学研究科, 教授 (70183861)

研究分担者 小和田 善之  兵庫教育大学, 学校教育学部, 助教授 (90205542)
小笠原 一禎  関西学院大学, 理工学部, 講師 (10283631)
西谷 滋人  京都大学, 工学研究科, 教授 (50192688)
足立 裕彦  京都大学, 工学研究科, 教授 (60029105)
研究期間 (年度) 1999 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
69,800千円 (直接経費: 69,800千円)
2003年度: 11,700千円 (直接経費: 11,700千円)
2002年度: 13,100千円 (直接経費: 13,100千円)
2001年度: 14,600千円 (直接経費: 14,600千円)
2000年度: 16,400千円 (直接経費: 16,400千円)
1999年度: 14,000千円 (直接経費: 14,000千円)
キーワードリチウム電池 / 第一原理計算 / 固体電解質 / 電極欠陥 / X線吸収スペクトル / 電子線エネルギー損失分光 / 酸素欠陥 / 電極材料 / 遷移金属酸化物 / リチウム2次電池 / FLAPW法 / バンド計算 / 正極材料
研究概要

本班究のねらいは第一原理のみに基づいた量子化学計算により,構造欠陥や界面に基づいた損失のない場合の電池電圧や容量といった本質的な電池特性を算出し,原子配列や組成との関連性を理解することにある.
本年は,第2班との密接な連携のもとで,Mn系スピネルでの酸素欠損型欠陥のエネルギーを詳細に検討した.手法としては,構造最適化の精度が高く,かつ効率の良い平面波基底・擬ポテンシャル法を用いた.この酸素欠損型欠陥は,電池の寿命などの動的特性に大きな影響を持っていることが実験的に知られていたが,その原子論からのメカニズムは知られていなかった.本研究の結果,世界で初めて,Mn系スピネルでの酸素欠損型が酸素空孔ではなく,格子間金属によるものであることが判明した.これは,第2班での密度測定や原子拡散の実験結果と良く合致する.X線吸収スペクトルの解釈のための多電子系第一原理計算プログラムを開発し,第2班で得られた実験結果の解釈を行った.その結果,LiNiO2からLiのデインタカレーションに伴う電子構造変化は,従来考えられていたようなNiの酸化によるのではなく,酸化物イオンが酸化することによることが明らかにされた.さらに第1班,第2班との連携のもと,固体電解質中でのLiの拡散メカニズムを決定する素因子を理解するための計算を行った.
計算結果は,他班の実験グループと共有し,分光実験の結果の解釈や,新規材料探索に応用できる体制になっている.

報告書

(5件)
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (28件)

  • [文献書誌] K.Ogasawara: "First-Principles Calculation of Transition-Metal L_<2,3>-Edge Electron-Energy-Loss Near-Edge Structures Based on Direct Diagonalization of the Many Electron Hamiltonian"Mater.Trans.. 49. 1435-1438 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Moriwake: "Formation energy of Cr/Al-vacancies in spinel MgCr_2O_4 and MgAl_2O_4 by first principles calculations"Phys.Rev.B. 65. 1-4 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Moriwake: "Theoretical Solution Energy of Alkaline Earth Ions in Lanthanum Chromites"Mater.Trans. 43. 1456-1459 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tatsumi: "Atomic structures and bondings of b- and spinel-Si6-zAlzOzN8-z by first principles calculations"Phys.Rev.B. 66. 165210 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 小山幸典: "リチウム2次電池材料の量子材料設計"電池技術. 14. 56-64 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Koayama: "First Principles Calculations of Formation Energies of Defects and Their Electronic Structures in Oxygen-Deficient LiMn_2O_4"J.Electrochem.Soc.. 150. A63-A67 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Ogasawara: "First-Principles Calculation of Transition-Metal L2,3-Edge Electron-Energy-Loss Near-Edge Structures Based on Direct Diagonalization of the Many Electron Hamiltonian"Mater.Trans.. 43. 1435-1438 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Moriwake: "Theoretical Solution Energy of Alkaline Earth Ions in Lanthanum Chromites"Mater.Trans.. 43. 1456-1459 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Moriwake: "Formation energy of Cr/Al-vacancies in spinel MgCr2O4 and MgAl2O4 by first principles calculations"Phys.Rev. B. 65. 1-4 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tatsumi: "Atomic structure and bonding of β-and spinel Si6-zAlzOzN8-z by first-principles calculations"Phys.Rev. B. 66. 165210 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Koyama: "First Principles Calculations of Formation Energies of Defects and Their Electronic Structures in Oxygen Deficient LiMn2O4"J.Electrochem.Soc.. 150. A63-A67 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Ogasawara: "Relativistic cluster calculation of ligand-field multiplet effects on cation L2,3 x-ray absorption edges of SrTiO3, NiO and CaF2"Phys. Rev. B. 64. 115413,1-115413,5 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ishii: "Theoretical calculation for the multiplet structures of tetrahedrally coordinated Cr4+ in silicate crystals"J. Phys. Cond. Matter.. 39. 5757-5784 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tatsumi: "Theoretical calculation of B-K edge ELNES in 3d transition metal-boron systems"J. Jpn. Inst. Metals. 64. 527-534 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Y-S.Kim: "Chemical bonding around intercalated Cr and Fe atoms in TiS_2"Materials Transactions, JIM. 41. 1088-1091 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] I.Tanaka: "Interpretation of electron spectra in transmission electron microscopy using theoretical calculations"電子顕微鏡. 35. 221-229 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Koyama: "New fluoride cathodes for rechargeable lithium batteries"J. Electrochem. Soc.. 147. 3633-3636 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Ogasawara: "Calculatnon of multiplet structures of Cr^<3+> and V^<3+> in α-Al_2O_3 based in a hybrid method of density functional theory and the configuration interaction"Phys.Rev.B. 61. 143-161 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Moriwake: "Electronic structure and chemical bondings of MgCr_<2-x>O_4"Japan J.Appl.Phys.. 39. 513-516 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tasumi: "Theoretical calculation of B-K edge ELNES in 3d transition metal-boron systems"J.Jpn.Inst.Metals. 64. 527-534 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y-S.Kim: "Chemical bonding around intercalated Cr and Fe atoms in TiS_2"Materials Transactions,JIM. 41. 1088-1091 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] I.Tanaka: "Interpretation of electron spectra in transmission electron microscopy using theoretical calculations"電子顕微鏡. 35. 221-229 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Koyama: "New fluoride cathodes for rechargeable lithium batteries"J.Electrochem.Soc.. 147. 3633-3636 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Koyama: "Changes of chemical bondings by Li deintercalation in LiMO_2 (M=V, Cr, Co and Ni)"J. Jpn. Appl. Phys.. 38. 2024-2027 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Koyama: "First principles study on determining factors of battery voltages of LiMO_2 (M=Ti-Ni)"J. Jpn. Appl. Phys.. 38. 4804-4808 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M. Mizuno: "Chemical bonding of titanium-metalloid compounds"Phys. Rev. B. 59. 15033-15047 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S. R. Nishitani: "Madelung energy of metal-metalloid compounds"Comp. Mater. Sci. 14. 62-66 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K. Ogasawara: "Calculation of multiplet structures of Cr_3 + and V_3 in α-Al_2O_3 based on a hybrid method of density functional theory and the configuration interaction"Phys. Rev. B. 61. 143-161 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2018-03-28  

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