電極反応の空間分布解析と二次電池電極設計への応用

• 研究課題/領域番号: 15K17924
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: デバイス関連化学
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 片山 真祥 立命館大学, 生命科学部, 任期制講師 (90469198)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 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: イメージングXAFS / リチウムイオン電池 / 反応分布 / 均一化 / 導電助剤 / リチウムイオン二次電池 / 電子伝導

研究成果の概要

リチウムイオン電池の正極での反応は、空間的に不均一に進行する場合があることが明らかになっている。この研究では、正極の不均一反応を空間分解XAFS法を用いて解析し、正極活物質により反応の空間分布がどのように変わるのか、不均一である場合はその起源は何か、どのような条件であればその不均一を解消できるかを解析した。結果、活物質材料により不均一反応の起源が異なるケースが存在することを明らかにした。また、電子電導性が起源となる不均一な反応分布は、電極合剤中の導電助剤の割合および集電体と電極合剤層の界面の導電性を制御することで解消できることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] 蓄電池電極反応の空間分布～リチウムイオン電池の不均一正極反応～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山真祥
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 70 ページ: 244-245
• [雑誌論文] Inhomogeneous distribution of chemical species in lithium nickel oxide cathode of lithium ion battery (2016)
  • 著者名/発表者名: Taro Uenoyama, Ryota Miyahara, Misaki Katayama, and Yasuhiro Inada
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 712 ページ: 012143-012143
  • DOI: 10.1088/1742-6596/712/1/012143
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ionic Conduction in Lithium Ion Battery Composite Electrode Governs Cross-sectional Reaction Distribution (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Orikasa, Y. Gogyo, H. Yamashige, M. Katayama, K.Z. Chen, T. Mori, K. Yamamoto, T. Masese, Y. Inada, T. Ohta, Z. Siroma, S. Kato, H. Kinoshita, H. Arai, Z. Ogumi, Y. Uchimoto
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 26382-26382
  • DOI: 10.1038/srep26382
  • NAID: 120005770751
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Dispersive XAFS System for Analysis of Time-Resolved Spatial Distribution of Electrode Reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: Misaki Katayama, Ryota Miyahara, Toshiki Watanabe, Hirona Yamagishi, Shohei Yamashita, Terue Kizaki, Toshimi Sugawara, Yasuhiro Inada
  • 雑誌名: J. Synchrotron Radiat. 巻: 22 号: 5 ページ: 1227-1232
  • DOI: 10.1107/s1600577515012990
  • 査読あり
• [雑誌論文] X 線吸収微細構造法によるリチウム分布のイメージング (2015)
  • 著者名/発表者名: Misaki Katayama, Yasuhiro Inada
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 58 号: 10 ページ: 375-378
  • DOI: 10.3131/jvsj2.58.375
  • NAID: 130005106935
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 導電助剤が電極反応に及ぼす効果のXAFSイメージング解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 亀山高志, 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] リン酸鉄リチウム正極の反応分布に及ぼすグラファイト負極の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野智哉, 片山真祥, 小林由幸, 堀内雄史, 柴野佑紀, 稲田康宏
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • 年月日: 2017-03-25
• [学会発表] マンガン酸リチウム正極面内の不均一反応の動的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山岸弘奈, 宮原良太, 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 電極反応解析のための波長分散型XAFS測定法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山真祥, 亀山高志, 佐野智哉, 安田翔伍, 塚越海渡, 山岸弘奈, 稲田康宏
  • 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（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2017-01-08
• [学会発表] 時空間分解XAFSによるリチウムイオン電池正極面内反応のモデル化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山岸弘奈, 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 第20回 XAFS討論会
• [学会発表] 時間分解・空間分解XAFS法を用いた反応解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 機能性材料ナノスケール原子相関研究会
  • 招待講演
• [学会発表] リン酸鉄リチウム正極反応分布の均一化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山真祥, 佐野智哉, 小林由幸, 堀内雄史, 柴野佑紀, 稲田康宏
  • 学会等名: 第58回 電池討論会
• [学会発表] XAFS Imaging Approach to Spatial Inhomogeneity of Electrode Reaction in Lithium-Ion Battery Cathode (2017)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Inada and Misaki Katayama
  • 学会等名: The 5th German-Japan Joint Workshop on Advanced Secondary Battery Technologies
  • 国際学会
• [学会発表] リチウムイオン電池正極反応分布の温度依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安田翔伍, 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 第52回 X線分析討論会
  • 発表場所: 筑波大学東京キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] Determining Factors for Charge-Discharge Performances of Composite Electrode in Lithium-Ion Battery (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Orikasa, H. Yamashige, H. Tanida, M. Katayama, K. Kitada, K. Z. Chen, Y. Inada, T. Ohta, Z. Siroma, S. Kato, H. Kinoshita, H. Arai, Z. Ogumi, and Y. Uchimoto
  • 学会等名: PRiME 2016/230th ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu Hawaii USA
  • 年月日: 2016-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Distribution Analysis of Electrode Reaction of Lithium Manganese Oxide By Means of Time-Resolved XAFS Technique (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirona Yamagishi, Ryota Miyahara, Misaki Katayama, Yasuhiro Inada
  • 学会等名: PRiME 2016/230th ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu Hawaii USA
  • 年月日: 2016-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] リチウムイオン電池合剤電極の面内反応伝播挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 片山真祥, 山岸弘奈, 宮原良太, 稲田康宏
  • 学会等名: 第19回 XAFS討論会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-04
• [学会発表] リチウムイオン電池のLiFePO4正極とLiMn2O4正極に関するVDXAFS 法を用いた動的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮原良太, 山岸弘奈, 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 2015年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] リチウムイオン二次電池マンガン酸リチウム正極面内における不均一電極反応の動的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山岸弘奈, 宮原良太, 片山真祥, 稲田康宏
  • 学会等名: 第29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: 柏の葉カンファレンスセンター（千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-01-11
• [学会発表] Time-resolved spatial distribution analysis of electrode reaction by means of vertically dispersive XAFS technique (2015)
  • 著者名/発表者名: Misaki Katayama, Ryota Miyahara, Hirona Yamagishi, Shohei Yamashita, Yasuhiro Inada
  • 学会等名: PacifiChem2015
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction distribution in LiNiO2 positive electrode of lithium ion battery (2015)
  • 著者名/発表者名: Misaki Katayama, Taro Uenoyama, Ryota Miyahara, Yasuhiro Inada
  • 学会等名: 16th International Conference on X-Ray Absorption Fine Structure
  • 発表場所: Karlsruhe (Germany)
  • 年月日: 2015-08-24
  • 国際学会