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原子レベル構造解析に基づいたリチウムイオン電池電極材料の表面・界面理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 26790053
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

橘田 晃宜  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 主任研究員 (90586546)

研究協力者 香山 正憲  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 首席研究員
田中 真悟  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 研究グループ長
深田 千恵  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, アシスタント
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
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワードリチウムイオン電池 / 電極-電解液界面 / 環境制御走査プローブ顕微鏡 / 分析電子顕微鏡 / 表面反応 / 第一原理計算 / 原子間力顕微鏡 / オペランド表面観察 / チタン酸リチウム電極 / 表面電荷移動 / リチウム吸蔵機構 / 電極表面構造 / その場観察 / 透過電子顕微鏡 / 電極材料 / 表面・界面 / 走査プローブ顕微鏡
研究成果の概要

本研究はリチウムイオン電池の電極-電解液界面で起こりうる諸現象を走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡によって調査し、さらに第一原理計算によってその物理化学的な原理を解明することで、電池技術の進展に資することを目的として行われた。原子間力顕微鏡を用いた溶液環境ならびに非水環境下におけるその場観察によって、電池セル内部で起こりうると予想される多様な電極表面の反応を明らかにした。また、反応後の試料の電子顕微鏡観察により、電極材料表面の変質メカニズムを、結晶構造や元素組成変化の観点から明らかにした。また、第一原理計算による表面シミュレーションで、リチウム挿入反応における表面電荷移動の挙動を解明した。

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

    (18件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Nanoscale controlled Li-insertion reaction induced by scanning electron-beam irradiation in a Li4Ti5O12 electrode material for lithium-ion batteries2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta* and Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: in printing 号: 18 ページ: 11581-11587

    • DOI

      10.1039/c7cp00185a

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Study of the interface between Na-rich and Li-rich phases in a Na-inserted spinel Li4Ti5O12 crystal for an electrode of a sodium-ion battery2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta*, Riki Kataoka and Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 18 号: 29 ページ: 19888-19893

    • DOI

      10.1039/c6cp03379b

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Transmission electron microscopy investigation of the LiMn2O4/NaxMnO2 interface as a model study of a Na-ion battery electrode2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta*, Tomoki Akita, and Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      AIP Advance

      巻: 6 号: 11 ページ: 115216-115216

    • DOI

      10.1063/1.4968605

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Stability of the LiMn2O4 surface in a LiPF6-based non-aqueous electrolyte studied by in-situ atomic force microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta and Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55

    • NAID

      210000146591

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Spontaneous Li-Ion Transfer from Spinel Li4Ti5O12 Surfaces: Deterioration at Li4Ti5O12/Electrolyte Interfaces Stored at Room Temperatur2015

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Tomoki Akita, Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      Journal of the Electrochemical Society

      巻: 162 号: 7 ページ: A1272-A1275

    • DOI

      10.1149/2.0741507jes

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design of a Sodium-ion Cell with a Carbon-free Li<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub> Negative Electrode2015

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Kentaro Kuratani, Mitsuharu Tabuchi, Riki Kataoka, Tetsu Kiyobayashi, Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 83 号: 11 ページ: 989-992

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.83.989

    • NAID

      130005107655

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Li-vapor induction growth of single-crystalline Li4Ti5O12 specimen for transmission electron microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Tomoki Akita, Yasushi Maeda, SHingo Tanaka, Masanori Kohyama
    • 雑誌名

      Surface and Interface Analysis

      巻: 12-13 号: 12-13 ページ: 1245-1248

    • DOI

      10.1002/sia.5560

    • 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] True Atomic-scale Imaging of a Spinel Li4Ti5O12(111) Surface in Aqueous Solution by Frequency-modulation Aatomic Force Microscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Masanori Kohyama, Hiroshi Onishi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 号: 11 ページ: 111606-111606

    • DOI

      10.1063/1.4896137

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] First-principles study of charge transfer mechanism in the Li-insertion process on a LiTi2O4 surface2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Shingo Tanaka, Masanori Kohyama
    • 学会等名
      Symposium on surface science and nanotechnology -25th anniversary of SSSJ Kansai-
    • 発表場所
      Kyoto International Community House (Kokoka, JAPAN)
    • 年月日
      2017-01-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LiMn2O4/NaxMnO2界面の電子顕微鏡観察2016

    • 著者名/発表者名
      橘田 晃宜, 秋田 知樹, 香山 正憲
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Study of the spinel LiMn2O4(111) surface in non-aqueous electrolyte by environmental controlled Atomic Force Microscop2015

    • 著者名/発表者名
      橘田 晃宜、前田 泰、香山 正憲
    • 学会等名
      ICSPM 23
    • 発表場所
      北海道ニセコ
    • 年月日
      2015-12-10
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] リチウムイオン電池電解液中における LiMn2O4(111)表面構造変化の非水環境 AFM 観察2015

    • 著者名/発表者名
      橘田 晃宜、前田 泰、香 山 正憲
    • 学会等名
      第71回 日本顕微鏡学会学術講演会
    • 発表場所
      京都国際会議場
    • 年月日
      2015-05-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Li-ion 電池電極材料表面の液中FM-AFM観察2014

    • 著者名/発表者名
      橘田 晃宜、香山 正憲、大西 洋
    • 学会等名
      第34回表面科学会学術講演会
    • 発表場所
      島根県くにびきメッセ
    • 年月日
      2014-11-06 – 2014-11-08
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Imaging of spinel Li4Ti5O12(111) surface in aqueous solution by frequency-modulation atomic force microscope2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Masanori Kohyama, Hiroshi Onishi
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Surface Science
    • 発表場所
      Matsue, Shimane Japan
    • 年月日
      2014-11-03 – 2014-11-06
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] チタン酸リチウムLi4Ti5O12(111)表面の液中FM-AFM 観察2014

    • 著者名/発表者名
      橘田 晃宜、香山 正憲、大西 洋
    • 学会等名
      第75回 応用物理学会秋期学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学 札幌キャンパス
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Co-terminated structure of the spinel Co3O4(001) surface confirmed by high-resolution annular dark field scanning transmission electron microscopy.2014

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kitta, Tomoki Akita, Masanori Kohyama
    • 学会等名
      18th International Microscopy Congress (IMC2014)
    • 発表場所
      Prague, Czech Republic
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-12
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] リチウムイオン電池における電極-電解液界面現象の分析電子顕微鏡観察2014

    • 著者名/発表者名
      橘田晃宜、秋田知樹、香山正憲
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第70回記念大会
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 年月日
      2014-05-11 – 2014-05-13
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [産業財産権] 無機物へのリチウム挿入反法2017

    • 発明者名
      橘田 晃宜
    • 権利者名
      橘田 晃宜
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2017-03-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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