2018 年度研究成果報告書

リチウムイオン電池正極材料の弾性定数のLi量依存性評価

研究課題

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研究課題/領域番号	17K17603
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	無機材料・物性機械材料・材料力学
研究機関	東北大学
研究代表者	木村勇太東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60774081)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード	応力 / Li化学ポテンシャル
研究成果の概要	本研究では、応力負荷に伴うリチウムイオン電池正極材料のLiの化学ポテンシャル変化を、応力下における起電力測定により実験的に評価した。白金によりコーティングされたSiO2基板上に成膜したLiCoO2薄膜、および電解液を用いて電気化学ポテンシャルプローブを作製した。この電気化学ポテンシャルプローブを、応力が印加された正極材料に接触させることで、応力印加時のLiの化学ポテンシャル変化を、正極材料ープローブ間の起電力として測定した。測定された起電力は、熱力学理論より導いた起電力の理論値と概ね一致しており、応力印加に伴う正極材料の化学ポテンシャル変化を正確かつ定量的に評価できたといえる。
自由記述の分野	電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	全固体リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンの挿入脱離に伴う材料の体積変化などに起因して、電池内に応力が発生することが想定される。材料中に生じた応力は、電気化学的特性や熱力学的特性といった、材料自体の特性を大きく変化させることも知られている。しかしながら、機械的応力が材料特性に及ぼす影響を定量的に評価した研究例も少なかった。本研究では、機械的応力が、特定の材料特性にどの程度影響を及ぼすかを定量的に評価することに成功した。本研究の成果は、応力による物性変化を考慮した全固体Liイオン電池の設計を行う上で重要であると考えられる。