リチウムから炭素の軽元素の大気圧XAFS測定分析手法の開発

• 研究課題/領域番号: 23550107
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 石井 秀司 立命館大学, 総合科学技術研究機構, チェアプロフェッサー (30251466)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2011年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: リチウム / 軽元素 / XAFS / 大気圧測定 / シンクロトロン放射 / 超軟X線 / X線 / 放射光

研究概要

本研究の目的は、これまで困難であったLi～CのK端XAFSを大気圧条件下で測定する新たな分析手法を開発することにある。このため、SiNx、SiC窓材によるサブミリのHeパスと試料バイアスによる転換電子収量法を併用した「試料ホルダー」型の大気圧XAFS測定セルを作成することを目指す。本年度は、本測定に使用予定の超軟X線ビームラインの改良・改造と、そのビームラインに接続する簡易試料測定チェンバーの製作を行った。これにより、分光器側下流の出射スリット以降、簡易測定チェンバーまでに3段の真空ポンプを備えるとともに真空悪化に対するインターロックシステムを構築し直し、万が一測定中に大気圧セルの封入が破れた際も放射光リングに影響を及ばさないような測定系を構築した。ただし、同ビームラインの旧来の冷却水系の水漏れトラブルに伴う放射光利用開始時期の遅れに加えて、全世界的なHeの供給不足により、実際のHe大気圧セルの作成やそれを用いた測定まで実施することはできなかった。このため、大気圧測定系での実試料ともなりうるリチウム系イオン2次電池の正極活物質のLi2MnO3について、充放電時におけるLi,MnOの化学状態の変化およびOの存在量の変化を真空雰囲気下のXAFS測定から表面・バルクの両者の領域で明らかにした。またLiのXAFSのより詳細な解析を目的にLi、LiFなどのLi系標準試料のDV-Xα計算を行い、内殻空孔励起状態での計算も試みた。これらの成果をもとに最終年度に大気圧測定を行う予定であったが、所属機関の退職および民間企業の転職のために、最終年度を残し、この時点での研究課題の廃止に至った。

研究成果

• [雑誌論文] Charge compensation mechanisms in Li_<1.16>Ni_<0.15>Co_<0.19>Mn_<0.50>O_2 positive electrode material for Li-ion batteries analyzed by a combination of hard and soft X-ray absorption near edge structure (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Oishi, T. Fujimoto, Y. Takanashi, Y. Orikasa, A. Kawamura, T. Ina, H. Yamashige, D. Takamatsu, K. Sato, H. Murayama, H. Tanida, H. Arai, H. Ishii, C. Yogi, I. Watanabe, T. Ohta, A. Mineshige, Y. Uchimoto, Z. Ogumi
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 222 ページ: 45-51
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.08.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Partial Fluorescence Yield XAFS Measurements in Lower Soft X-Ray Region by Using Large-Caliber Silicon Drift Detector (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Yogi, H. Ishii, K. Nakairishi, I. Watanabe, K. Kojima, T. Ohta
  • 雑誌名: Adv. X-Ray Chem. Anal., Japan 巻: 43 ページ: 147-152
  • NAID: 40019263023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-edge X-ray absorption fine structure study of vertically aligned carbon nanotubes grown by the surface decomposition of SiC (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Maruyama, Yuki Ishiguro, Shigeya Naritsuka, Wataru Norimatsu, Michiko Kusunoki, Kenta Amemiya, Hideshi Ishii, Toshiaki Ohta (T. Maruyama)
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 号: 5R ページ: 55102-55102
  • DOI: 10.1143/jjap.51.055102
  • NAID: 40019280423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyroelectric X-ray application to X-ray adsorption and emission spectroscopies (2012)
  • 著者名/発表者名: Jun Kawai, Hideshi Ishii, Hiroyuki Ida
  • 雑誌名: X-ray Spectrum 巻: 41 号: 4 ページ: 216-218
  • DOI: 10.1002/xrs.2406
  • 査読あり