| 研究実績の概要 |
高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池の実現を可能にする正極材料として、不規則岩塩型構造のリチウム過剰遷移金属酸化物に注目した。この正極材料について、全散乱データを用いた構造解析（逆モンテカルロモデリング）により原子配列を解明し、正極特性との相関関係を明らかにするため、以下の実験を行った。
固相法により、Li1+x(M1, M2)1-xO2 (M1 = Nb, Ti; M2 = Mn, Fe, Ni)を合成した。得られた試料は不規則岩塩型構造の単一相であることを確認し、組成分析により金属成分の組成比を決定した。また、X線吸収微細構造分析により価数の評価を行った。これらの試料について、充放電サイクル試験を行った結果、合成した試料は200 mAh/g以上の高容量を示した。
原子配列に関する詳細な知見を得るため、まず最初に中性子および放射光X線回折測定を行い、Bragg反射を用いた結晶構造解析により、格子定数を精密に決定した。さらに、Li1+x(Nb, Fe)1-xO2とLi1+x(Nb, Ni)1-xO2について全散乱測定を行い、構造因子S(Q)と簡約2体分布関数G(r)を算出した。これらのデータとBragg反射を同時に用いて逆モンテカルロ法で解析することにより、不規則岩塩型構造における陽イオンの局所配列（非周期配列）を検討した。このとき、結合原子価の総和に関する制約を適用することにより、解析精度の向上を試みた。その結果、実験データを再現する3次元原子配列の可視化に成功し、Nb周辺では歪みが大きいことが明らかになった。さらに、いずれの試料においてもLiの周辺にNbが存在しやすいことが明らかになった。
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