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Li濃度オペランド定量分析法の開発に向けた電池電極反応機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K17873
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 分析化学
研究機関群馬大学

研究代表者

鈴木 宏輔  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90580506)

研究協力者 櫻井 浩  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
櫻井 吉晴  高輝度光科学研究センター, 首席研究員 (90205815)
折笠 有基  立命館大学, 生命科学部, 准教授 (20589733)
内本 喜晴  京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50193909)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードリチウムイオン電池 / オペランド分析 / 正極 / 電極反応 / コンプトン散乱 / 正極材料 / 酸化還元反応 / オペランド測定 / リチウムイオン二次電池 / コンプトンプロファイル / 第一原理計算 / 電子構造
研究成果の概要

本研究において、リチウムイオン電池正極材料LiFePO4にコンプトン散乱法を適用し、本物質の酸化還元軌道はFe 3d軌道であること、ならびにリチウムイオンの挿入・脱離でFe-O八面体構造が歪み電位シフトが起こることを明らかにするとともに、LiFePO4のFe元素をCo元素またはNi元素で置き換えることで、歪みが低減され高電位正極材料となり得ることを示した。その他にも、コイン型リチウムイオン実電池にコンプトン散乱法を適用し、充放電に寄与するリチウム組成変化を正極と負極同時に非破壊で明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 5件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Northeastern University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] AGH University of Science and Technology(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Universiteit Antwerpen(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Northeastern University(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] AGH University of Science and Technology(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Northeastern University(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [国際共同研究] AGH University of Science and Technology(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] In operando quantitation of Li concentration for a commercial Li-ion rechargeable batteryusing high-energy X-ray Compton scattering2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Suzuki, Ayahito Suzuki, Taiki Ishikawa, Masayoshi Itou, Hisao Yamashige, Yuki Orikasa, Yoshiharu Uchimoto, Yoshiharu Sakurai and Hiroshi Sakurai
    • 雑誌名

      J. Synchrotron Rad.

      巻: 24 号: 5 ページ: 1006-1011

    • DOI

      10.1107/s1600577517010098

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualizing redox orbitals and their potentials in advanced lithium-ion battery materials using high-resolution x-ray Compton scattering2017

    • 著者名/発表者名
      Hasnain Hafiz, Kosuke Suzuki, Bernardo Barbiellini, Yuki Orikasa, Vincent Callewaert, Staszek Kaprzyk, Masayoshi Itou, Kentaro Yamamoto, Ryota Yamada, Yoshiharu Uchimoto,Yoshiharu Sakurai,Hiroshi Sakurai, Arun Bansil
    • 雑誌名

      Sci. Adv.

      巻: 3 号: 8

    • DOI

      10.1126/sciadv.1700971

    • NAID

      120006343782

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] リチウムイオン実電池内部のリチウムイオン分布をX線コンプトン散乱法により透視2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔、櫻井浩
    • 雑誌名

      Isotope News

      巻: 750 ページ: 26-30

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Non-destructive measurement of in-operando lithium concentration in batteries via x-ray Compton scattering2016

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai and H. Sakurai
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 119 号: 2 ページ: 025103-025103

    • DOI

      10.1063/1.4939304

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identifying a descriptor for d-orbital delocalization in cathords of Li batteries based on x-ray Compton scattering2016

    • 著者名/発表者名
      B. Barbiellini, K. Suzuki, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, R. Yamada, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, and H. Sakurai
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 109 号: 7 ページ: 0731021-4

    • DOI

      10.1063/1.4961055

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Magnetic Compton scattering study of LixMn2O4 at Verwey transition2018

    • 著者名/発表者名
      H. Hafiz, K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, V. Callewaert, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, R. Yamada, Y. Uchimoto, Y. Sakurai, H. Sakurai, A. Bansil
    • 学会等名
      American Physical Society, March Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] X-rays Compton scattering advanced characterization of olivine Lithium battery materials2018

    • 著者名/発表者名
      B. Barbiellini, H. Hafiz, K. Suzuki, Y. Orikasa, V. Callewaert, S. Karzyk, M. Itou, K. Yamamoto, R. Yamada, Y. Uchimoto, Y. Sakurai, H. Sakurai, A. Bansil
    • 学会等名
      American Physical Society, March Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] コンプトン散乱法によるLiFePO4の酸化還元軌道の可視化と電位シフトメカニズムの解明2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔、H. Hafiz, B. Barbiellini, 折笠有基、V. Callewaert, S. Kaprzyk, 伊藤真義、山本健太郎、山田涼太、内本喜晴、櫻井吉晴、櫻井浩、A. Bansil
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] コンプトンプロファイルを用いたコイン型リチウムイオン二次電池におけるLi濃度分布の放充電レート依存性2018

    • 著者名/発表者名
      金井崚、鈴木宏輔、折笠有基、内本喜晴、辻成希、櫻井吉晴、櫻井浩
    • 学会等名
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Visualizing redox orbitals and their potentials in olivine materials for advanced lithium-ion batteries2017

    • 著者名/発表者名
      H. Hafiz, K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, V. Callewaert, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, R. Yamada, Y. J. Wang, R. S. Marieriez, Y. Uchimoto, Y. Sakurai, H. Sakurai, and A. Bansil
    • 学会等名
      American Physical Society, March Meeting
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identifying a descriptor for d-orbital delocalization in cathode of Li batteries based on x-ray Compton scattering2017

    • 著者名/発表者名
      B. Barbiellini, K. Suzuki, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Y. J. Wang, H. Hafiz, R. Yamada, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, and H. Sakurai
    • 学会等名
      American Physical Society, March Meeting
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コンプトンプロファイルを用いたコイン型リチウムイオン二次電池におけるLi濃度分布のオペランド測定2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔, 石川泰己, 鈴木操士, 山田涼太, 伊藤真義, 山重寿夫, 折笠有基, 内本喜晴, 辻成希, 櫻井吉晴, 櫻井浩
    • 学会等名
      第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      神戸芸術センター
    • 年月日
      2017-01-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Electronic Structure of Oxide Electrode Materials studied by Compton Profiles2017

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, H. Hafiz, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, H. Sakurai
    • 学会等名
      24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Strongly Correlated Electronic Structure in Battery Materials Studied by Compton Scattering Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, B. Barbiellini, H. Hafiz, R. Yamada, Y. Orikasa, V. Callewaert, S. Kaprzyk, M. Itou, Y. J. Wang, Y. Uchimoto, A. Bansil. Y. Sakurai, H. Sakurai
    • 学会等名
      Nano Science & Technology 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] コンプトン散乱法による実用リチウムイオン二次電池の非破壊反応分布イメージング2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会・様々なイメージング技術研究部会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Redox orbital and electronic structure in energy materials by Compton scattering spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki
    • 学会等名
      International Conference on Applied Crystallography
    • 発表場所
      Huston, USA
    • 年月日
      2016-10-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] コンプトンプロファイルのラインシェイプ解析法によるリチウム濃度分布のオペランド測定2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔, 石川泰己, 山田涼太, 鈴木操士, B. Barbiellini, 折笠有基, 伊藤真義, 内本喜晴, A. Bansil, 櫻井吉晴, 辻成希, 櫻井浩
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Redox orbital and complex electronic mechanism in Li battery materials measured by X-ray Compton scattering2016

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Y. J. Wang, H. Hafiz, R. Yamada, S. Tajima, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, and H. Sakurai
    • 学会等名
      International Conference on Small Science
    • 発表場所
      Prague, Czech Republic
    • 年月日
      2016-06-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electrode and Electrochemical Reactions Observed by Compton Scattering Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      K.Suzuki, B.Barbiellini, Y.Orikasa, T.Ishikawa, A.Suzuki, R.Yamada, H.Sakurai, S.Kaprzyk, M.Itou, K.Yamamoto, Y.J.Wang, H.Hafiz, H.Yamashige, Y.Uchimoto, A.Bansil, and Y.Sakurai
    • 学会等名
      Energy Materials Nanotechnology on Batteries
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      2016-02-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] コンプトンプロファイル解析によるLixCoO2正極材料のレドックス軌道の解明2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔、B.Barbiellini、折笠有基、櫻井浩、伊藤真義、内本喜晴、A.Bansil、櫻井吉晴
    • 学会等名
      第29回日本放射光学会年会・合同シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学, 千葉
    • 年月日
      2016-01-09
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] コンプトンプロファイルを用いたリチウムイオン二次電池正極材料LixCoO2の酸化還元軌道2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔、B.Barbiellini、折笠有基、櫻井浩、伊藤真義、内本喜晴、A.Bansil、櫻井吉晴
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学, 大阪
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [図書] リチウムイオン二次電池の長期信頼性と性能の確保 第3節 高輝度・高エネルギーX線を用いたコンプトン散乱法による放電過程における電極内のリチウム濃度変化の直接観測2016

    • 著者名/発表者名
      鈴木宏輔, 櫻井浩
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      サイエンス&テクノロジー株式会社
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 正・負極内のリチウム組成変化を電池の動作下で同時に測定することに成功

    • URL

      http://www.gunma-u.ac.jp/information/29247

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 高エネルギーX線散乱を用いた新たなリチウムイオン電池評価法を確立

    • URL

      http://www.gunma-u.ac.jp/information/29899

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 電池内部のリチウム元素を非破壊で定量する新手法の開発に成功

    • URL

      http://www.st.gunma-u.ac.jp/news/documents/2016/news2016011301doc01.pdf

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-06-07  

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