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リチウムのグラファイトインターカレーションにおける固液界面反応の物理

研究課題

研究課題/領域番号 26390060
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 薄膜・表面界面物性
研究機関筑波大学

研究代表者

河合 孝純  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30455571)

研究分担者 岡田 晋  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード固液界面反応 / リチウムイオン電池 / グラファイトインターカレーション
研究成果の概要

リチウムイオン二次電池の負極グラファイトの表面構造はその蓄電容量や充放電速度に大きな影響を与えると考えられる。本研究ではグラファイトのエッジを酸化終端することによって負に帯電し、溶媒和したリチウムをグラファイト電極表面にひき付けることが分かり、急速充放電に貢献することが分かった。また、酸素終端はリチウムイオンを強く吸着してしまう可能性があるが、その他のリチウムの拡散には大きく影響しないことが分かった。さらにリチウムイオンは炭素原子6個程度が引き抜かれた欠陥でも通り抜けられることが分かり、小さな欠陥構造が層間のリチウムの拡散を高めることが分かった。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実施状況報告書
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (20件) (うち査読あり 20件、 謝辞記載あり 14件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Li atom adsorption on graphene with various defects for large- capacity Li ion batteries: First-principles calculations2017

    • 著者名/発表者名
      Kento Shiota and Takazumi Kawai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中

    • NAID

      210000147874

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Influence of the Defects on the Electronic Structures of Bilayer Graphene2016

    • 著者名/発表者名
      Ken Kishimoto and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 644 ページ: 18-23

    • DOI

      10.1016/j.susc.2015.08.036

    • NAID

      120007129844

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] `Energetics and electronic structures of graphene nanoribbons under a lateral electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 96 ページ: 351-361

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2015.09.054

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Influence of electric field on electronic states of graphene nanoribbons under a FET structure2016

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 3 ページ: 035101-035101

    • DOI

      10.7567/jjap.55.035101

    • NAID

      120007129636

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Geometric and electronic structures of corannulene polymers: Ultra narrow graphene ribbons with corrugation and topological defects2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Narita and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 650 ページ: 76-81

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2016.02.075

    • NAID

      120007135460

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electron-state tuning of bilayer graphene by defects2016

    • 著者名/発表者名
      Ken Kishimoto and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 6S1 ページ: 06GF06-06GF06

    • DOI

      10.7567/jjap.55.06gf06

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic structure modulation of graphene edges by chemical functionalization2016

    • 著者名/発表者名
      Remi Taira, Ayaka Yamanaka, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 号: 11 ページ: 115102-115102

    • DOI

      10.7567/apex.9.115102

    • NAID

      120007129279

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic structures of Decamethyl C60 under an Electric Field2015

    • 著者名/発表者名
      Kohei Narita and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 6S1 ページ: 06FF09-06FF09

    • DOI

      10.7567/jjap.54.06ff09

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nano-Saturn: Theoretical Design of New C60 Inclusion Compounds2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kigure and S. Okada
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 54 号: 6S1 ページ: 06FF01-06FF01

    • DOI

      10.7567/jjap.54.06ff01

    • NAID

      210000145225

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Geometric and Electronic Structures of Polymerized C32 Fullerenes: Electronic Structure Tuning by Fullerene and Carbon Nanotube Filling2015

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 6S1 ページ: 06FF02-06FF02

    • DOI

      10.7567/jjap.54.06ff02

    • NAID

      210000145226

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Threshold voltage variation for charge accumulation in carbon nanotube owing to monatomic defect arrangement2015

    • 著者名/発表者名
      U Ishiyama, Nguyen Thanh Cuong, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 号: 6S1 ページ: 06FF04-06FF04

    • DOI

      10.7567/jjap.54.06ff04

    • NAID

      210000145228

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nano-Saturn: Energetics of the Inclusion Process of C60 into Cyclohexabiphenylene2015

    • 著者名/発表者名
      Shota Kigure, Haruka Omachi, Hisanori Shinohara, Susumu Okada
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 119 号: 16 ページ: 8931-8936

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b00449

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometric and electronic structures of two-dimensional networks of fused C_{36} fullerenes2015

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama, Nguyen Thanh Cuong, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 84 号: 8 ページ: 084706-084706

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.084706

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetics and electronic structures of polymerized cyclobutadiene2014

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama, Kyoko Nakada, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 3 ページ: 035103-035103

    • DOI

      10.7567/jjap.53.035103

    • NAID

      210000143435

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Nanoporous Carbon Tubes from Fullerene Crystals as the pi-Electron Carbon Source2014

    • 著者名/発表者名
      Lok Kumar Shrestha, Rekha Goswami Shrestha, Yusuke Yamauchi, Jonathan P. Hill, Toshiyuki Nishimura, Kun'ichi Miyazawa, Katsunori Wakabayashi, Takazumi Kawai, Susumu Okada, and Katsuhiko Ariga
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 53 号: 3 ページ: 951-955

    • DOI

      10.1002/anie.201408856

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Two-dimensional sp2 Carbon Networks of Fused Pentagons2014

    • 著者名/発表者名
      Mina Maruyama and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 6S ページ: 06JD02-06JD02

    • DOI

      10.7567/jjap.53.06jd02

    • NAID

      210000144078

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structural Dependence of Electronic Properties of Graphene Nanoribbons on an Electric Field2014

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 6S ページ: 06JD05-06JD05

    • DOI

      10.7567/jjap.53.06jd05

    • NAID

      210000144081

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Energetics and Electronic Structures of C60 Included in [n]Cyclacene Molecules: Dynamical and Electronic Properties of C602014

    • 著者名/発表者名
      Shota Kigure and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Japanese J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 6S ページ: 06JD06-06JD06

    • DOI

      10.7567/jjap.53.06jd06

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electronic and Geometric Structures of Carbon Nanotubes Encapsulating Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Molecules2014

    • 著者名/発表者名
      Shota Kigure, Yoko Iizumi, Toshiya Okazaki, and Susumu Okada
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Japan

      巻: 83 号: 12 ページ: 124709-124709

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.124709

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electron injection into nearly free electron states of graphene nanoribbons under a lateral electric field2014

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Yamanaka and Susumu Okada
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 7 ページ: 125103-125103

    • NAID

      210000137338

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] リチウムイオン電池グラフェン負極における様々な欠陥とリチウム原子の相互作用に関する第一原理電子状態計算2017

    • 著者名/発表者名
      塩田健斗, 河合孝純
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス, 大阪府, 豊中市
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Adsorption Energy Shifts for Li Adatom on Graphene with Various Defect Structures: Ab Initio Calculations2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Shiota and Takazumi Kawai
    • 学会等名
      CNT25
    • 発表場所
      Tokyo Institute of Technology, Meguro, Tokyo
    • 年月日
      2016-11-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ab Initio Study on Li Intercalation with Edge Oxidized Graphite for Atomistic Understanding of Li Ion Battery2016

    • 著者名/発表者名
      Takazumi Kawai, Susumu Okada, and Minoru Otani
    • 学会等名
      CNT25
    • 発表場所
      Tokyo Institute of Technology, Meguro, Tokyo
    • 年月日
      2016-11-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Li atom Adsorption on Graphene with Various Defects for Large-Capacity Li Ion Batteries: First-Principles Calculations2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Shiota and Takazumi Kawai
    • 学会等名
      29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 発表場所
      ANA Crowne Plaza Kyoto, 京都府,京都市
    • 年月日
      2016-11-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diffusion of Li atom from a Solvated State to interlayer of Graphite through Carbonylic Edge Termination for Fast Charge/Discharge of Li Ion Battery: First-Principles Calculations2016

    • 著者名/発表者名
      Takazumi Kawai, Susumu Okada, and Minoru Otani
    • 学会等名
      29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 発表場所
      ANA Crowne Plaza Kyoto, 京都府,京都市
    • 年月日
      2016-11-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Li Intercalation from Solvated State to Graphite with Oxidized Edge of Li-Ion-Battery Anode: First-Principles Calculations2016

    • 著者名/発表者名
      Takazumi Kawai, Susumu Okada, and Minoru Otani
    • 学会等名
      Int Conf on Solid State Devices & Materials (SSDM)
    • 発表場所
      International Congress Center, Tsukuba, Ibaraki
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-Principles Calculations for Desolvation of Li(EC)4 at the Graphite Edge with Hydrogen/Carbonylic Terminations2015

    • 著者名/発表者名
      Takazumi Kawai, Susumu Okada, Minoru Otani
    • 学会等名
      MNC2015
    • 発表場所
      Toyama International Conference Center, Toyama
    • 年月日
      2015-11-10
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First-Principles Calculations for Diffusion Mechanism of Li atom2015

    • 著者名/発表者名
      Takazumi Kawai and Susumu Okada, Minoru Otani
    • 学会等名
      SSDM2015
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Sapporo, Hokkaido
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ab Initio Calculations for Li+ Solvation in Ethylene Carbonate near the Graphite Edges with Hydrogen/Oxygen Terminations2014

    • 著者名/発表者名
      Takazumi Kawai and Susumu Okada
    • 学会等名
      2014 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      つくば国際会議場 (つくば市)
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-11
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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