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2013 年度 実績報告書

電極材料の緩和解析

研究課題

研究課題/領域番号 24656581
研究機関京都大学

研究代表者

八尾 健  京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (50115953)

研究分担者 高井 茂臣  京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (10260655)
薮塚 武史  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (20574015)
キーワード緩和解析 / リチウムイオン二次電池 / リチウム / 電極材料 / リートベルト解析 / 拡散 / 結晶構造 / 平衡状態
研究概要

電極材料において、リチウム挿入あるいは脱離後の開回路状態において、経時的に材料の解析を行うことにより、速度論的過程から熱力学的平衡に至る材料の状態変化を明らかにすることができることを、申請者は世界に先駆け発見し、この解析を「緩和解析」と名付けた。緩和解析は電極材料の動的状態変化を明らかにすることができる画期的手法であり、電極材料の研究に重要な知見を与えるものと考えられる。緩和解析を多くの電極材料に適用した。
γ-Fe2O3では、速度論的にはリチウムは8aサイトを優先し、平衡論的に安定なサイトは16cであることが明らかになった。第1原理計算を用いたシミュレーションでもこれを支持し、J-PARCで中性子回折を測定し、リチウムのサイト占有率についても解析した。
LiFePO4において、リチウム挿入停止後に、LiFePO4相のモル分率が減少した。リチウム挿入時には、リチウムの拡散を促進するために、欠陥を持つLiFePO4が多く生成するが、挿入停止後にそれが欠陥のないLiFePO4とFePO4に変化するためと考えられる。
LiMn2O4やLiCoO2では、リチウム挿入後の緩和時間にLi-rich相の割合は増加し、Li-lean相の割合は減少した。リチウム挿入時には拡散に有利なLi-lean相の構造が優先的に保持され、挿入後の緩和において熱力学的に安定なLi-rich相が増加したと考えられる。
LiNiO2ではLi-richとLi-lean相の2相が共存し,高Li領域では欠損の多いLi-lean相が拡散に有利で充放電中に多く生成し、低Li領域では格子の大きなLi-rich相が拡散に有利であることを見いだした。グラファイトでは充電時には欠損を含むステージ1が多く形成し、緩和過程で欠損の少ないステージ1とステージ2に分離することがわかった。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (12件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Relaxation analysis of LiMnPO4-based olivine-type material2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Satou, Shigeki Komine, Seungwon Park and Takeshi Yao
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 262 ページ: 35 -38

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relaxation Analysis of Electrode Crystal Materials for Secondary Lithium Ion Batteries2013

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Yao
    • 雑誌名

      Energy Procedia

      巻: vol.34 ページ: 9-12

    • DOI

      10.1016/j.egypro.2013.06.728

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relaxation Analysis of Li inserted g-Fe2O3 at Variuos Rates2013

    • 著者名/発表者名
      Seungwon Park, Kaoru Takasu and Takeshi Yao
    • 雑誌名

      Zero-Carbon Energy Kyoto 2012, Green Energy and Technology, Edited by T. Yao, Springer,

      巻: - ページ: 161-166

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 進展するリチウムイオン二次電池電極材料の構造解析2013

    • 著者名/発表者名
      八尾 健
    • 雑誌名

      繊維機械学会誌

      巻: 66 ページ: 1-7

  • [学会発表] Li-Ni-O系リチウムイオン二次電池材料の緩和解析(2)2014

    • 著者名/発表者名
      永嶋将太、朴 陞原、高井茂臣、八尾 健
    • 学会等名
      電気化学会第81回大会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20140329-20140331
  • [学会発表] リチウム挿入グラファイト物質の一次元リートベルト緩和ステージ解析2014

    • 著者名/発表者名
      北村高嗣, 高井茂臣, 八尾健
    • 学会等名
      電気化学会第81回大会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20140000
  • [学会発表] Relaxation Phase Analysis of Li-Ni-O Cathode for Secondary Lithium-Ion Battery2013

    • 著者名/発表者名
      Shota Nagashima, Seungwon Park, Im Sul Seo, Shigeomi Takai, Takeshi Yao
    • 学会等名
      ECS 224th Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20131027-20131101
  • [学会発表] Relaxation Stage Analysis of Li Inserted Graphite2013

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kitamura, Seungwon Park, Shigeomi Takai, Takeshi Yao
    • 学会等名
      ECS 224th Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      20131027-20131101
  • [学会発表] リチウム挿入/脱離時Li-Mn-O正極材料の緩和相解析2013

    • 著者名/発表者名
      徐 任述、朴 陞原、高井茂臣、八尾 健
    • 学会等名
      第54回電池討論会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20131007-20131009
  • [学会発表] Li-Mn-O系リチウムイオン二次電池正極材料における結晶相緩和解析2013

    • 著者名/発表者名
      徐 任述、朴 陞原、高井茂臣、八尾 健
    • 学会等名
      2013年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130927-20130928
  • [学会発表] Li-Ni-O系リチウムイオン二次電池材料の緩和解析2013

    • 著者名/発表者名
      永嶋将太、朴 陞原、徐 任述、高井茂臣、八尾 健
    • 学会等名
      2013年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130927-20130928
  • [学会発表] リチウム挿入グラファイト物質の緩和ステージ解析2013

    • 著者名/発表者名
      北村高嗣、朴 陞原、高井茂臣、八尾 健
    • 学会等名
      2013年電気化学会秋季大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130927-20130928
  • [学会発表] Crystal Structure Analysis of γ-Fe2O3 Spinel on the Chemical Li Insertion2013

    • 著者名/発表者名
      Seungwon Park, Tamito Matsui and Takeshi Yao
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20130602-20130607
  • [学会発表] Relaxation Phase Analysis for Li Extracted Li-Mn-O Cathode Material2013

    • 著者名/発表者名
      Im Sul Seo, Seungwon Park and Takeshi Yao
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      20130602-20130607
  • [学会発表] Li-Ni-O系リチウムイオン二次電池正極材料の緩和解析2013

    • 著者名/発表者名
      永嶋将太, 朴陞原, 高井茂臣, 八尾健
    • 学会等名
      第54回電池討論会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      20130000
  • [学会発表] リチウム挿入グラファイト負極物質の緩和ステージ解析2013

    • 著者名/発表者名
      北村高嗣, 朴陞原, 高井茂臣, 八尾健
    • 学会等名
      第15回化学電池材料研究会ミーティング
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130000
  • [備考] 京都大学大学院エネルギー科学研究科 機能固体化学研究室ホームページ

    • URL

      http://fssc.energy.kyoto-u.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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