| 研究課題/領域番号 |
21H02033
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
桑田 直明 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, 主幹研究員 (00396459)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2022年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | 拡散係数 / 同位体 / オペランド / SIMS / 固体電池 / 活物質 / 粒界 / ダイナミクス / 二次イオン質量分析 / トレーサー拡散係数 / 粒界拡散 / オペランド測定 / TOF-SIMS / リチウムイオン伝導体 / 固体イオニクス / イオン伝導 / その場測定 / 全固体電池 / 正極材料 / 単結晶 / 物理化学 / 電気化学 / イオニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リチウムイオン電池の電解液を固体に置き換えた、全固体電池は次世代の充放電可能な電池として、高出力と安全性から期待されている。固体中のリチウムイオンの拡散を可視化するとはこれまで困難であった。申請者らはリチウムの同位体を拡散させて、その広がりを二次イオン質量分析（SIMS）測定により可視化する手法を開発してきた。本研究では、SIMS測定を全固体電池の充放電過程の観察に応用する。それにより、全固体電池の高性能化のために必要不可欠な界面でのイオンの移動を可視化して、拡散機構の解明および、全固体電池の高性能化に貢献する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、二次イオン質量分析法（SIMS）を電池材料の拡散機構を解明するための技術として利用し、Li移動を可視化することを目指した。同位体交換SIMSのモデル材料として、ペロブスカイト型LLTO多結晶を用いた。低温でリチウム拡散を凍結し、SIMS測定を行うことで、粒界部分で同位体濃度が大きく変化する様子を観察した。リチウム拡散の解析から、結晶粒子内の拡散係数と比較して粒界では5桁も拡散係数が小さくなっていることが明らかになった。さらに、オペランドSIMSにより固体電池正極のリチウム分布の変化がリアルタイムに観測できることが実証された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究を実施することにより、電池材料におけるリチウムイオンの動きを可視化するための新しい手法を確立することができた。SIMSを用いた拡散解析手法は、固体電解質だけでなく、今後は正極・負極活物質や界面にも適用することができ、電池材料研究への貢献は大きい。また、SIMSによるリチウム拡散の解析は国内外を通して初めて得られたオリジナルな研究であり、学術的にも重要である。本研究を活用し、リチウム拡散をマクロな電池特性につなげることで、固体電池の性能向上に貢献できるだろう。
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