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2014 年度 実施状況報告書

コンプトン散乱測定を利用したLi元素の非破壊定量分析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24750065
研究機関群馬大学

研究代表者

鈴木 宏輔  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (90580506)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードコンプトンプロファイル / リチウムイオン二次電池 / 正極材料 / 電極反応 / 電子構造
研究実績の概要

本研究の目的は、リチウムイオン二次電池の充放電に伴い電極間を移動するリチウムの濃度を決定する手法の開発と、充放電時に起こる電極反応の詳細を明らかにすることである。本年度は、これまでに開発したコンプトンプロファイルの形状の違いを利用したリチウム濃度解析法(コンプトンプロファイルのラインシェイプ解析法)を市販のリチウムイオン一次電池に適用し、放電時に負極から正極に移動するリチウム量を求めた。試料はコイン型の一次電池(CR2032)である。まず、正極内のコンプトンプロファイルの形状を調べた結果、放電開始時と放電終了時で異なることがわかった。これは放電によりリチウムイオンが負極から正極に移動していることを示している。そこで、コンプトンプロファイルの形状の違いを数値化するパラメータを用い、以前の研究で得られたリチウム濃度検量線と比較することでリチウム濃度の時間変化を得ることに成功した。

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

本申請課題は、リチウムイオン二次電池の充放電に伴い電極間を移動するリチウム濃度の決定手法の開発と、充放電時の電極反応の詳細を明らかにすることである。これまで、1) LixMn2O4正極材料のリチウム挿入に伴う電子構造の変化をコンプトン散乱法により調べ、本材料の電極反応には従来考えられているマンガンの価数変化は起きていないことを見出した。また、2) コンプトン散乱法により得られるコンプトンプロファイルのラインシェイプ解析法によりリチウム濃度の定量が可能であることを示した。1)の成果は論文にまとめ、採択を得ることができた。2)の成果は、現在論文を投稿中である。
以上のことから、本申請課題はおおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

今後は、昨年度得られたコンプトンプロファイルのラインシェイプ解析法をCo系、および、Fe系の正極材料に適用し、リチウム濃度を推定するための検量線を得ることと、これら正極材料のリチウム挿入に伴う電子構造の変化を調べる研究を行っていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

昨年度までにコンプトンプロファイルのラインシェイプ解析法を用いたリチウム濃度の非破壊定量法の開発を行った。成果を論文にまとめ、投稿したところ編集者より更なる解析の必要性の指摘を受けた。そこで、本手法の応用例を示すための解析を追加することとした。本差額分は論文の投稿料、および、別刷りの印刷費で使用する予定であったため未使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

現在、コンプトンプロファイルのラインシェイプ解析法によるリチウム濃度定量法の開発に関する論文を投稿中である。次年度に繰り越した差額分は、この論文の投稿料と別刷りの印刷費として使用する。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Extracting the Redox Orbitals in Li Battery Materials with High-Resolution X-Ray Compton Scattering Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      K.Suzuki, B.Barbiellini, Y.Orikasa, N.Go, H.Sakurai, S.Kaprzyk, M.Itou, K.Yamamoto, Y.Uchimoto, Y.J.Wang, H.Hafiz, A.Bansil, and Y.Sakurai
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 114 ページ: 087401-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.114.087401

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] コンプトンプロファイルのラインシェイプ解析によるリチウム濃度定量法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木 宏輔, B. Barbiellini, 折笠 有基, 伊藤 真義, 山本 健太郎, 内本 喜晴, A. Bansil, 櫻井 吉晴, 櫻井 浩
    • 学会等名
      第28回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [学会発表] Non-destructive measurement of Li concentration in battery materials using X-ray Compton scattering2014

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Young Jui Wang, H. Hafiz, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y Sakurai, and H. Sakurai
    • 学会等名
      Materials Research Society (MRS) Fall Meeting and Exhibit
    • 発表場所
      Boston (USA)
    • 年月日
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [学会発表] Redox orbitals in LixMn2O4 (0<x<2) studied by X-ray Compton scattering2014

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, K. Minegishi, K. Hamano, H. Sakurai, B. Barbiellini, S. Kaprzyk, Yung Jui Wang, H. Hafiz, A. Bansil, Y. Orikaza, K. Yamamoto, Y. Uchimoto, M. Itou, and Y. Sakurai
    • 学会等名
      XXIII Congress and General Assembly International Union of Crystallography (IUCr2014)
    • 発表場所
      Montreal (Canada)
    • 年月日
      2014-08-05 – 2014-08-12

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公開日: 2016-06-01  

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