元素選択的構造解析法の融合による複雑な固体電解質における成分イオンの役割解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26289228
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 早稲田 嘉夫 東北大学, 多元物質科学研究所, 名誉教授 (00006058)
• 研究分担者: 杉山 和正 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40196762) ; 有馬 寛 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60535665) ; 柴田 浩幸 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50250824) ; 助永 壮平 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (20432859) ; 鈴木 茂 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40143028) ; 篠田 弘造 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (10311549) ; 藤枝 俊 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60551893)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 元素選択的構造評価 / X線吸収分光法 / 核磁気共鳴法

研究実績の概要

高性能なリチウムイオン電池を実現するために、優れた充電－放電特性を示す菱面体構造のNASICON型構造の燐酸化合物が注目されている。本研究では、異なる元素選択的解析法を駆使することにより、それらの化合物を構成する特定元素の局所構造や中距離構造を解析した。NASICON構造の正極材の候補材であるLi2NaV2(PO4)3（LNVP）においては、Li+イオンの脱離・挿入に伴うVの3価と4価との間での酸化・還元により高い充電－放電容量を示す。ここでは、溶液中のイオン交換法を用いて、粉末状のLNVP試料を作製した。これらの作製したLNVP試料において、充電－放電に伴いVの価数が変化することを、X線吸収分光法で明らかにした。さらに、ガラスから結晶化させたNASICONガラスセラミック（LiGe2(PO4)3等）は化学的安定性が高いので、全固体電池用の電解質材料として利用されることが期待されている。ここでは、この化合物の骨格となるGe周囲の中距離構造をX線異常散乱法に解析し、Ge周囲の中距離構造が他の元素の添加によって大きく変化しないことを示した。さらに、この化合物への微量なAlの添加によりイオン伝導性が高くなるが、Al周囲の配位やP周囲の配位が他の元素の添加により敏感に変化することを、核磁気共鳴法により明らかにした。これらの結果の総合的な検討から、特定元素の局所構造や中距離構造に関する解析結果を組み合わせることにより、複雑構造をもつイオン伝導体の特性発現機構に関する情報が得られることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 放射光利用の特集にあたって (2016)
  • 著者名/発表者名: 早稲田嘉夫
  • 雑誌名: 金属 巻: 86 ページ: 3-4
• [図書] 「全固体電池のイオン伝導性工場技術と材料、製造プロセスの開発」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛、藤枝俊、杉山和正、鈴木茂
  • 総ページ数: 475(428-433)
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 「全固体電池のイオン伝導性工場技術と材料、製造プロセスの開発」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木茂、篠田弘造、藤枝俊、早稲田嘉夫
  • 総ページ数: 475(445-451)
  • 出版者: 技術情報協会