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2010 年度 実績報告書

中性子MEM解析による軽イオン輸送型電池におけるイオン挙動の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20612015
研究機関独立行政法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

井川 直樹  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (60354833)

研究分担者 深澤 裕  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (30370464)
山内 宏樹  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究職 (50367827)
田口 富嗣  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (50354832)
キーワード量子ビーム / 新エネルギー / MEM解析 / 電池材料 / Rietveld解析
研究概要

軽イオン輸送型電池における稼働イオン挙動の解明のため、主要な軽イオン輸送型電池であるLiイオン2次電池用の正極材料としての利用されるLiMn_2O_4を合成し、Liイオン2次電池の利用が考えられる150~573Kの温度範囲にて、中性子回折実験を実施した。得られた中性子回折データについて、Rietveld法およびMEMによる結晶構造解析を施して、電池材料中でのLiの状態を解析した。なお、天然組成のLiは中性子吸収能が高く、中性子回折実験には不適のため、材料の合成では、中性子の吸収能が低いLi-7同位体を濃縮した原材料を採用した。
中 性子回折実験・構造解析の結果、LiMn_2O_4は240~270K付近の温度領域にて可逆的な相変化を起こす。イオンの輸送特性を表す一つの指標であるLiの等方性原子変位パラメータは、今回測定した温度範囲においては、相変態によらず温度に比例して増加する傾向を示したが、室温近傍ではこの傾向を大きく逸脱し、Liの高イオン輸送性を示唆する高い異常値をとることが判った。この室温付近において原子核密度分布を解析したところ、8bサイト-16eサイト-8bサイトを経由するLiの拡散経路を可視化することに成功した。この結果から、LiCoO_2系の正極材料物質がa-b面に平行な2次元平面上のLi拡散経路をとるのに対して、LiMn_2O_4中ではLiイオンの拡散経路は3次元網目構造をとることが判り、材料の結晶構造の違いにより軽イオンであるLiの拡散経路が大きく異なることを明らかにした。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Neutron Diffraction Study on the Xe behavior in Clathrate Hydrate Analyzed by Rietveld/Maximum Entropy Method2011

    • 著者名/発表者名
      N.Igawa, T.Taguchi, A.Hoshikawa, H.Yamauchi, A.Birumachi, Y.Ishii
    • 雑誌名

      Mater.Sci.Eng

      巻: 18 ページ: 022021-1,4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal Structure and Nuclear Density Distribution of LiCo_<1/3>Ni_<1/3>/Mn_<1/3>/O_2 Analyzed by Rietveld/Maximum Entropy Method2010

    • 著者名/発表者名
      N.Igawa, T.Taguchi, H.Fukazawa, H.Yamauchi, W.Utsumi
    • 雑誌名

      J.Am.Ceram.Soc

      巻: 93 ページ: 2144-2146

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CO_2 Motion in Carbon Dioxide Deuterohydrate Determined by Applying Maximum Entropy Method to Neutron Powder Diffraction Data2010

    • 著者名/発表者名
      N.Igawa, T.Taguchi, A.Hoshikawa, H.Fukazawa, H.Yamauchi, W.Utsumi, Y.Ishii
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.Solids

      巻: 71 ページ: 899-905

    • 査読あり
  • [学会発表] 中性子回折法によるLiイオン二次電池正極材LiM_2O_4の結晶構造の温度依存性解析2011

    • 著者名/発表者名
      井川直樹, 樹神克明, 田口富嗣, 社本真一
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2011-09-07

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公開日: 2013-06-26  

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