| 研究課題/領域番号 |
15H03847
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
伊藤 隆 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (40302187)
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| 研究分担者 |
梶田 徹也 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50729233)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 電気化学 / ラマン分光法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題「高活性電極界面における溶媒和イオン反応過程のその場分光」における研究の初期段階である「溶媒和と非溶媒和のラマンスペクトルの測定」は、本研究課題の研究の土台をなす非常に重要な研究項目である。この「溶媒和と非溶媒和のラマンスペクトルの測定」は順調に進展していたが、平成27年8月に当初予想し得なかった溶媒和分子間に起因するラマンスペクトルの変化が観測された。この溶媒和分子間に起因するラマンスペクトルの変化は、次段階の研究項目であるその場測定における電極反応の制御を行う上で非常に重要な反応系であり、「溶媒和と非溶媒和のラマンスペクトルの測定」を高精度にかつ網羅的に幅広く実験を遂行する必要が出てきた。特に、多様な種類の溶媒和と非溶媒和分子の高分解能なラマン分光測定と高感度なラマン分光測定が必要であり、超高感度な最先端の機器を使用しても長い測定時間を要する。そのため、本研究課題の「溶媒和と非溶媒和のラマンスペクトルの測定」の研究項目を12ヶ月延長し、研究課題に飛躍的なブレイクスルーをもたらし、革新的電池技術開発の一翼を担う。当該研究課題では、分光学的手法であるラマン分光法や赤外分光法などの振動分光学的な手法を電池材料界面に展開する。特に、リチウムイオンの溶媒和・脱溶媒和過程を分光学側面から追跡し、溶媒和・脱溶媒和過程と電気化学特性の関係を明らかにすることを大きな目的としている。得られる知見は、急速充放電必要としている電気自動車用車載リチウムイオン2次電池の研究開発に大きな知見を与えると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究の初期段階において、溶媒和と非溶媒和溶液のラマンスペクトルによる詳細な検討を行う。ECの振動に起因するラマン線がスペクトル上に観測されている。溶媒和に起因するラマン線は905cm-1付近に観測されており、前述の図1に示したLiPF6の濃度に強く依存するラマン線である。また、730cm-1付近にも、溶媒和に起因するラマンスペクトルが観測されている。リチウムイオン電池に関連する電解液を対象とした溶媒和・非溶媒和電解液を中心に溶媒和と非溶媒和の関係を分光学的側面より探索する。この種の電解液のラマンスペクトルにおいて、ラマン分光測定の妨げになる電解液からの蛍光が想定される。この蛍光を避けるために、785ｎｍの長波長の励起光を用いたラマンスペクトルの測定や、375nmの紫外領域のラマンスペクトル測定、さらに、近赤外光（1064nm）励起を用いたFTラマンスペクトル法を適宜用い、あらゆる手段のラマン分光法を用い当タスクの目標達成に資する。
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| 今後の研究の推進方策 |
溶媒和電解液のその場ラマン分光専用の光学系の構築を行う。電極反応に追随したスペクトルの測定を行う。また、近赤外のラマン分光測定では、分散型分光器によるラマン測定と、超高感度FTラマン分光測定との測定比較を行い、分光感度、分解能等の分光学的な側面の比較検討を行う。また、その場分光には分散型か干渉型かどちらの型がその場分光に適切であるかを詳細に検討を行う。さらに、分光に用いる検出器についても検討を行う。一般に量子効率（QE)の高い検出器は高感度であるが、測定する波長領域によっては、CCDのエタロン効果（検出器内での内部反射）が発生し、良好なスペクトルを測定できない場合がある。InGaAs-CCD検出器、Ge検出器、長波長領域CCD検出器等についてその場測定に適切な検出器を選び出し、その場測定に向けた分光光学系の最適化を行う。
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