エピタキシャル薄膜によるリチウム電池材料の界面構造制御と電極特性

• 研究課題/領域番号: 21750205
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平山 雅章 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教 (30531165)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2010年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2009年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: エネルギー一般 / MBE・エピタキシャル / ナノ材料 / 無機工業化学 / ハイブリッド車 / エネルギー全般 / MBE,エピタキシャル

研究概要

本研究課題では,リチウム電池の高性能化・高機能化の鍵を握る電極/電解質界面の反応解析を行った.特に電極界面構造変化に焦点を当て,エピタキシャル理想界面電極と表面X線散乱測定を駆使して電池反応中の界面構造変化を直接観測することに成功した.電極最表面では電池作製時に原子配列が乱れ,初期充電過程に再構成されることを見出した.さらに,材料,結晶面,表面形態により再構成構造が異なり,特に電極安定性に大きく影響することが分かった.ブラックボックスである実用電池電気化学界面の解明に向けた理論・実験的基盤を構築することに成功した.

研究成果

• [雑誌論文] Dynamic Structural Changes at LiMn_2O_4/Electrolyte Interface during Lithium Battery Reaction (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Hidekazu Ido, Kyungsu Kim, Woosuk Cho, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 132 ページ: 15268-15276
• [雑誌論文] Epitaxial growth and electrochemical properties of Li_4Ti_5O_<12> thin-film lithium battery anodes (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Kyungsu Kim, Takeshi Toujigamori, Woosuk Cho, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Dalton Transactions 40 ページ: 2882-2887
• [雑誌論文] Epitaxial growth and electrochemical properties of Li_4Ti_5O_<12> thin-film lithium battery anodes (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Kyungsu Kim, Takeshi Toujigamori, Woosuk Cho, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 40 ページ: 2882-2887
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface characterization of LiFePO_4 epitaxial thin films by X-ray/neutron reflectometry (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaki Hirayama, Masao Yonemura, Kouta Suzuki, Naoya Torikai, Hillary Smith, Erik Watkinsand, Jarek Majewski, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Electrochemistry 78 ページ: 413-415
  • NAID: 10026165859
• [雑誌論文] Structural changes in surface and bulk LiNi_<0.5>Mn_<0.5>O_2 during electrochemical reaction on epitaxial thin-film electrodes characterized by in situ X-ray scattering (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Sakamoto, Masaaki Hirayama, Hiroaki Konishi, Noriyuki Sonoyama, Nicolas Dupre, Dominique Guyomard, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 12 ページ: 3815-3823
• [雑誌論文] Dynamic Structural Changes at LiMn_2O_4/Electrolyte Interface during Lithium Battery Reaction (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Hidekazu Ido, Kyungsu Kim, Woosuk Cho, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 132 ページ: 15268-15276
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface characterization of LiFePO_4 epitaxial thin films by X-ray/neutron reflectometry (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Hirayama, M.Yonemura, K.Suzuki, N.Torikai, H.Smith, E.Watkinsand, J.Majewski, R.Kanno
  • 雑誌名: Electrochemistry (In press)
  • NAID: 10026165859
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural changes in surface and bulk LiNi_<0.5>Mn_<0.5>O_2 during electrochemical reaction on epitaxial thin-film electrodes characterized by in situ X-ray scattering (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Sakamoto, M.Hirayama, H.Konishi, N.Sonoyama, N.Dupre, D.Guyomard, K.Tamura, J.Mizuki, R.Kanno
  • 雑誌名: Phys.Chem.Chem.Phys 12 ページ: 3815-3823
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Structure of LiNi_<0.8>Co_<0.2>O_2 : a New Experimental Technique Using in Situ X-ray Diffraction and Two-Dimensional Epitaxial Film Electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Sakamoto, Masaaki Hirayama, Noriyuki Sonoyama, Daisuke Mori, Atsuo Yamada, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 雑誌名: Chemistry Materials. 21 ページ: 730-735
• [雑誌論文] Surface Structure of LiNi_<0.8>Co_<0.2>O_2 : a New Experimental Technique Using in Situ X-ray Diffraction and Two-Dimensional Epitaxial Film Electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Sakamoto, M.Hirayama, N.Sonoyama, D.Mori, A.Yamada, K.Tamura, J.Mizuki, R.Kanno
  • 雑誌名: Chem.Mater. 21(3) ページ: 730-735
  • 査読あり
• [学会発表] Characterization of Nano-Scale Interface in Lithium Batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama
  • 学会等名: International Scientific Spring 2011
  • 発表場所: Islamabad, Pakistan.
  • 年月日: 2011-03-01
• [学会発表] Characterization of Nano-Scale Interface in Lithium Batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama
  • 学会等名: International Scientific Spring-2011
  • 発表場所: National Centre for Physics, Islamabad, Pakistan
  • 年月日: 2011-03-01
• [学会発表] In situ中性子反射率法によるリチウムインターカレーション界面構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, 金敬洙, 鈴木耕太, 田港聡, 粉生守, 菅野了次, 米村雅雄, 山田悟史
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] Li_2RuO_3電極・電解質界面構造とリチウムインターカレーション特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 田港聡, 平山雅章, 鈴木耕太, 金敬洙, 粉生守, 南嶋宏映, 菅野了次, 田村和久, 水木純一郎
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] in situ中性子反射率法によるリチウムインターカレーション界面構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, 金敬洙, 鈴木耕太, 田港聡, 粉生守, 菅野了次, 米村雅雄, 山田悟史
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] TEM-EELS法によるLiMn_2O_4電極表面の劣化機構解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, 井戸秀和, 金敬洙, Cho Woosuk, 菅野了次
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター
  • 年月日: 2010-11-11
• [学会発表] TEM-EELS法によるLIMn2_O4電極表面の劣化機構解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, 井戸秀和, 金敬洙, Cho Woosuk, 菅野了次
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター
  • 年月日: 2010-11-11
• [学会発表] Surface Structure Changes in Lithium Battery Electrodes Studied by In Situ X-ray and Neutron Scattering Methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Kanno, Masaaki Hirayama, Kazuhisa Tamura, Hidekazu Ido
  • 学会等名: 218th ECS Meeting
  • 発表場所: Riviera Hotel, Las Vegas, USA.
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] Surface Structure Changes in Lithium Battery Electrodes Studied by In Situ X-ray and Neutron Scattering Methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Kanno, Masaaki Hirayama, Kazuhisa Tamura, Hidekazu Ido
  • 学会等名: 218th ECS Meeting
  • 発表場所: Riviera Hotel, Las Vegas, USA
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] Nano-effects in epitaxial LiFePO_4 thin film electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Kouta Suzuki, Masaaki Hirayama, Kyungsu Kim,Mamoru Komo,Ryoji Kanno, Machiko Abe,Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS)
  • 発表場所: National university of Singapore, Singapore.
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] Interfacial phenomena and electrochemical properties of lithium battery electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Kouta Suzuki, Kyungsu Kim, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS)
  • 発表場所: National university of Singapore, Singapore.
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] Nano-effects in epitaxial LiFePO_4 thin film electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Kouta Suzuki, Masaaki Hirayama, Kyungsu Kim, Mamoru Komo, Ryoji Kanno, Machiko Abe, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS)
  • 発表場所: National university of Singapore, Singapore
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] Interfacial phenomena and electrochemical properties of lithium battery electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Kouta Suzuki, Kyungsu Kim, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 学会等名: The 5th Asian Conference on Electrochemical Power Sources (ACEPS)
  • 発表場所: National university of Singapore, Singapore
  • 年月日: 2010-09-18
• [学会発表] Surface structural changes of Li_4Ti_5O_<12> electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Kyungsu Kim, Kouta Suzuki, Woosuk Cho, Hidekazu Ido, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Masaaki Hirayama, Ryoji Kanno
  • 学会等名: 3rd International Conference on Advanced Lithium Batteries for Automobile Applications (ABAA)
  • 発表場所: Hanyang Institute of Technology, Korea.
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] Surface structural changes of Li_4Ti_5O_<12>, electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Kyungsu Kim, Kouta Suzuki, Woosuk Cho, Hidekazu Ido, Kazuhisa Tamura Jun'ichiro Mizuki, Masaaki Hirayama, Ryoji Kanno
  • 学会等名: 3rd International Conference on Advanced Lithium Batteries for Automobile Applications (ABAA)
  • 発表場所: Hanyang Institute of Technology, Korea
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] Characterization of the Electrode/Electrolyte Interface Using Model Epitaxial Electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Kanno, Masaaki Hirayama, Kazuhisa Tamura, Hidekazu Ido
  • 学会等名: The 15th International Meeting on Lithium Batteries
  • 発表場所: Fairmont The Queen Elizabeth, Montreal, Canada.
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Phase Transition at Li_4Ti_5O_<12> Surface, In Situ Surface Characterization Using Epitaxial Thin-film Electrode and Surface Diffraction Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: Kyungsu Kim, Kouta Suzuki, Woosuk Cho, Hidekazu Ido, Kazuhisa Tamura,Jun'ichiro Mizuki, Masaaki Hirayama, Ryoji Kanno
  • 学会等名: The 15th International Meeting on Lithium Batteries
  • 発表場所: Fairmont The Queen Elizabeth, Montreal, Canada.
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Characterization of the Electrode/Electrolyte Interface Using Model Epitaxial Electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Kanno, Masaaki Hirayama, Kazuhisa Tamura, Hidekazu Ido
  • 学会等名: The 15th International Meeting on Lithium Batteries
  • 発表場所: Fairmont The Queen Elizabeth, Montreal, Canada
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] Phase Transition at Li_4Ti_5O_<12>, Surface : In Situ Surface Characterization Using Epitaxial Thin-film Electrode and Surface Diffraction Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: Kyungsu Kim, Kouta Suzuki, Woosuk Cho, Hidekazu Ido, Kazuhisa Tamura Jun'ichiro Mizuki, Masaaki Hirayama, Ryoji Kanno
  • 学会等名: The 15th International Meeting on Lithium Batteries
  • 発表場所: Fairmont The Queen Elizabeth, Montreal, Canada
  • 年月日: 2010-06-30
• [学会発表] 放射光X線によるリチウム電池電極界面のその場観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 粉生守, 平山雅章, 鈴木耕太, 金敬洙, 田村和久, 内本喜晴, 谷田肇, 宇留賀朋哉, 菅野了次
  • 学会等名: 化学電池材料研究会ミーティング
  • 発表場所: 日本化学会館,東京
  • 年月日: 2010-06-08
• [学会発表] エピタキシャル薄膜を用いたリチウム電極界面反応のその場観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 粉生守, 平山雅章, 鈴木耕太, 金敬洙, 田村和久, 菅野了次
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会平成22年度春季大会
  • 発表場所: 早稲田大学,東京
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] 中性子反射率法によるリチウム電池界面挙動観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, 鈴木耕太, 菅野了次, 米村雅雄, 鳥飼直也, Hillary Smith, Erik Watkinsand, Jarek Majewski
  • 学会等名: 電気化学会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] 中性子反射率法によるリチウム電池界面挙動観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, 鈴木耕太, 菅野了次, 米村雅雄, 鳥飼直也, Hillary Smith, Erik Watkinsand, Jarek Majewski
  • 学会等名: 第50回電池討論会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] Interfacial phenomena of lithium battery electrodes studied by in-situ X-ray scattering methods (2009)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Kanno, Masaaki Hirayama
  • 学会等名: The 50th battery symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan.
  • 年月日: 2009-12-02
• [学会発表] Interfacial phenomena of lithium battery electrodes studied by in-situ X-ray scattering methods (2009)
  • 著者名/発表者名: 菅野了次, 平山雅章
  • 学会等名: he 50th battery symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-12-02
• [学会発表] In situ XAFS法によるリチウム電池電極界面の検出 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章、Woosuk Cho、鈴木耕太、Kim Kyungsu、田村和久、中尾孝之、折笠有基、内本喜晴、谷田肇、宇留賀朋哉、菅野了次
  • 学会等名: 第50回電池討論会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-12-01
• [学会発表] Structure and Electrochemical Properties of Epitaxial LiFePO_4 Thin Film Electrode (2009)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Kouta Suzuki, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 学会等名: 2nd International Conference on Advanced Lithium Batteries for Automobile Applications
  • 発表場所: Tokyo, Japan.
  • 年月日: 2009-11-28
• [学会発表] Structure and Electrochemical Properties of Epitaxial LiFePO_4 Thin Film Electrode (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Hirayama, K.Suzuki, K.Tamura, J.Mizuki, R.Kanno
  • 学会等名: 2nd International Conference on Advanced Lithium Batteries for Automobile Applications
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2009-11-28
• [学会発表] Interfacial structure changes of intercalation materials during electrochemical process (2009)
  • 著者名/発表者名: Ryoji Kanno, Masaaki Hirayama, Takeshi Toujigamori, Kouta Suzuki, Woosuk Cho, Kazuhisa Tamura, Juniciro Mizuki
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Physics of Solid State Ionics
  • 発表場所: Kumamoto, Japan.
  • 年月日: 2009-10-27
• [学会発表] Interfacial structure changes of intercalation materials during electro chemical process (2009)
  • 著者名/発表者名: R.Kanno, M.Hirayama, T.Toujigamori, K.Suzuki, W.Cho, K.Tamura, J.Mizuki
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Physics of Solid State Ionics
  • 発表場所: Kumamoto, Japan
  • 年月日: 2009-10-27
• [学会発表] Structure and electrochemical properties of epitaxial thin film electrodes for lithium batteries (2009)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Takeshi Toujigamori, Kouta Suzuki, Woosuk Cho, Atsuo Yamada, Kazuhisa Tamura, Jun'ichiro Mizuki, Ryoji Kanno
  • 学会等名: 216th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Vienna, Austria.
  • 年月日: 2009-10-07
• [学会発表] Structure and electrochemical properties of epitaxial thin film electrodes for lithium batteries (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Hirayama, T.Toujigamon, K.Suzuki, W.Cho, A.Yamada, K.Tamura, J.Mizuki, R.Kanno
  • 学会等名: 216th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2009-10-07
• [備考]
  • URL: http://www.echem.titech.ac.jp/~kanno/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.echem.titech.ac.jp/~kanno/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.echem.titech.ac.jp/~kanno/index.html