ホロコーン照射を用いた蓄電固体材料のヘテロ/ホモ界面状態の2次元/3次元構造解析

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蓄電固体材料では構成されるヘテロ/ホモ界面では、特異なイオン輸送、蓄積特性がしばしば観測される。これらの現象は蓄電固体界面近傍でのナノスケールで生じる物理化学状態（イオン濃度・価数、化学ポテンシャル、電位、結晶/非晶質構造、歪）などの変調・分布に起因すると考えられている。本研究では、透過型電子顕微鏡を用いてホロコーン暗視野法と3次元立体構造可視化法を融合させ、ガラスセラミックス系蓄電固体材料を研究対象材料とし、空間的に不均一に形成されているナノ構造や正極/固体電解質の界面構造の結晶構造、結晶対称性、サイズ、形状や密度(結晶化度)等を定量的に評価・解析できる3次元ナノ構造可視化・計測法を開発する。蓄電固体界面近傍でのナノスケールで生じる結晶/非晶質構造（結晶構造、結晶対称性、サイズ、形状や密度(結晶化度)）および局所歪を明らかにし、充放電サイクル劣化機構の解明を目指す。2021年度において、ホロコーン照射光学系の電子線偏向角度と角度制限絞りとの相関を計測し、傾斜角度の制御精度の最適条件を探索した。また、ホロコーン照明を用いて、75Li2S-25P2S5結晶化ガラスの微細構造観察を行った。また、電子線トモグラフィ法を用いた3次元ナノ構造観察を行うために、電子顕微鏡の光軸に対してx軸傾斜角55°かつ試料回転角360°で観察試料を傾斜/回転させることが可能な回転式試料ホルダーの試作を完了した。本ホルダーを用いて、全固体電池材料の負極材料として期待されているSnの充放電サイクルに伴う3次元微細構造観察を行った。その結果、負極複合体中において, Snは硫化物固体電解質と乱れのない界面を保持しながら, 初回充放電時においてはほぼ可逆的にリチウム化, および脱リチウム化していることが明らかとなった.