イオン濃度分布解析による蓄電デバイス電極／電解質界面現象の解明と材料設計

• 研究課題/領域番号: 25410237
• 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: 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, 准教授 (30531165)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 電気化学材料 / 表面散乱 / 界面反応解析 / 無機工業化学 / エネルギー全般 / ナノ材料 / エピタキシャル / ハイブリッド車

研究成果の概要

リチウムイオン電池の電極と電解質の界面現象をリチウムの挙動に敏感な中性子源で直接観察する手法を構築した．エピタキシャル膜モデル電極と有機電解液との界面におけるイオン濃度分布をを中性子反射率法で解析し，インターカレーション電極の表面数10 nm領域では，電池反応初期過程において，組成と構造が不可逆的に変化し，電極の容量，サイクル安定性を決定づけることを明らかにした．さらに，合成条件や表面修飾により電極表面の組成，欠陥を精密に制御することで，界面現象は制御可能であることを見いだした．

研究成果

• [雑誌論文] 中性子反射率法を用いたリチウムイオン電池界面の反応解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章，鈴木耕太，菅野了次，米村雅雄
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: in press
  • 査読あり
• [学会発表] Lithium ion distribution in intercalation electrode/liquid electrolyte interfaces determined by in situ neutron reflectometry (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hirayama, K. Suzuki, M. Yonemura, and R. Kanno
  • 学会等名: 2016 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: フェニックス（米国）
  • 年月日: 2016-03-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蓄電デバイスの特性向上に向けた反応機構解明と材料開発指針 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平山 雅章
  • 学会等名: 電子情報技術産業協会（JEITA）
  • 発表場所: 大手センタービル（東京都）
  • 年月日: 2016-03-08
  • 招待講演
• [学会発表] 薄膜電極を用いた LIB電極界面反応解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平山 雅章
  • 学会等名: 第55回 電気化学セミナー
  • 発表場所: 京都教育文化センター（京都府）
  • 年月日: 2015-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] 表面散乱測定を用いた リチウム過剰層状岩塩型 正極の反応解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平山 雅章，田港 聡，引間 和浩，鈴木 耕太，菅野 了次，田村 和久，孫 珍永
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: ウィンクあいち（愛知県）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] Lithium intercalation in the surface region of lithium rich layered rocksalt type electrodes (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hirayama, S. Taminato, K. Suzuki, R. Kanno
  • 学会等名: PACRIM11
  • 発表場所: Jeju（韓国）
  • 年月日: 2015-09-02
  • 招待講演
• [学会発表] 蓄電デバイス界面現象に基づく物質開拓に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章
  • 学会等名: 電気化学会第82回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 2015-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子散乱による電池材料界面の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章
  • 学会等名: 電池材料研究会
  • 発表場所: エッサム神田ホール （東京都）
  • 年月日: 2014-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] エピタキシャル膜電極を用いたアナターゼ型TiO2負極の表面反応解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平山雅章,小林剛,鈴木耕太,菅野了次,田村和久
  • 学会等名: 電気化学会秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] Understanding and controlling of electrode/electrolyte interfaces in lithium batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hirayama, S. Taminato, K. Suzuki, R. Kanno, M. Yonemura,K.Tamura
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Lithium Battery for Automobile Applications
  • 発表場所: 奈良県新公会堂 （奈良県）
  • 年月日: 2014-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] Understanding and controlling of electrode/electrolyte interfaces in lithium batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hirayama, K. Suzuki, K. Kim, S. Taminato, M. Yonemura, N. Yamada, R. Kanno
  • 学会等名: 17th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB 2014)
  • 発表場所: Como (Italy)
  • 年月日: 2014-06-12
• [学会発表] Ionic distribution at intercalation electrode / organic electrolyte interface characterized by in situ neutron reflectometry
  • 著者名/発表者名: Masaaki Hirayama, Masao Yonemura, Norifumi Yamada, Ryoji Kanno
  • 学会等名: lithium Battery Discussion
  • 発表場所: Arcachon（フランス）
• [学会発表] 中性子反射率法によるリチウム電池電極/電解質界面構造変化のその場観察
  • 著者名/発表者名: 平山雅章
  • 学会等名: Workshop: CROSSroads of Users and J-PARC
  • 発表場所: KEK東海（茨城県）
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子反射率法による電極電解質界面におけるイオン分布解析
  • 著者名/発表者名: 平山雅章, KyungSu Kim, 鈴木耕太, 菅野了次, 山田悟史, 米村雅雄
  • 学会等名: 第54回電池討論会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪府）
• [学会発表] 2013電気化学セミナー4 研究・開発のための電気化学測定
  • 著者名/発表者名: 平山雅章
  • 学会等名: 中性子反射率法による電気化学界面の構造解析
  • 発表場所: 東京理科大学森戸記念館（東京都）
  • 招待講演
• [備考] 東京工業大学総合理工学研究科菅野・平山研究室
  • URL: http://www.kanno.echem.titech.ac.jp/paper.php
• [備考] 東京工業大学大学院総合理工学研究科 菅野・平山研究室ホームページ
  • URL: http://www.kanno.echem.titech.ac.jp/paper.php
• [備考] 東京工業大学 総合理工学研究科 菅野・平山研究室 ホームページ
  • URL: http://www.kanno.echem.titech.ac.jp