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

使用全锥辐射对存储固体材料的异质/同质界面态进行 2D/3D 结构分析

• 批准号: 21H04625
• 负责人: 森 茂生
• 金额: $ 27.87万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04625/
• 关键词: 透過型電子顕微鏡; 結晶化ガラス; ホロコーン暗視野法; トモグラフィ観察; ホロコーン照射; 硫化物系固体電解質

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.

The solid state materials for electricity storage have different composition, transport and storage characteristics. This phenomenon is caused by the physical and chemical state (concentration, number, chemical composition, potential, crystalline/amorphous structure, skew) of the storage solid interface. In this study, the application of transparent electron micromirrors and transmission electron micromirrors was studied. The dark field method and the three-dimensional structure visualization method were used to integrate and study the object materials and spatial heterogeneity. The crystal structure, crystal symmetry, crystal symmetry of the electrode/solid electrolyte interface structure were studied. Quantitative evaluation and analysis of shape, density (crystallinity), etc. Development of 3D structure visualization and measurement methods Crystal/amorphous structure (crystal structure, crystal symmetry, crystal shape, density (crystallinity)) near the interface of the storage solid In 2021, the optimum conditions for the measurement and control accuracy of electron beam deflection angle and angle limitation of irradiation optical system were explored. 75Li2S-25P2S5 Crystallization and microstructure observation The optical axis of the electron microscope is aligned with the x-axis tilt angle of 55° and the sample return angle of 360°. The test of the sample tilt/return angle is completed. The electrode material of the all-solid battery material is expected to be used in the charge state of Sn, and the three-dimensional microstructure is observed. As a result, in the electrode complex, Sn is a sulfide solid electrolyte, and the interface is maintained. When the initial charge is discharged, it is reversible.

项目成果

Crystallization behaviors in superionic conductor Na3PS4

• DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.230444
• 发表时间: 2021-08
• 期刊: Journal of Power Sources
• 影响因子: 9.2
• 作者: H. Nakajima;H. Tsukasaki;Jiong Ding;T. Kimura;T. Nakano;Akira Nasu;A. Hirata;A. Sakuda;A. Hayashi;S. Mori

In situ observation of the deterioration process of sulfide-based solid electrolytes using airtight and air-flow TEM systems

使用密闭和气流 TEM 系统原位观察硫化物基固体电解质的劣化过程

• DOI: 10.1093/jmicro/dfab022
• 发表时间: 2021
• 期刊: Microscopy
• 影响因子: 1.8
• 作者: H. Tsukasaki;K. Igarashi;A. Wakui;T. Yaguchi;H. Nakajima;T. Kimura;A. Sakuda;M. Tatsumisago;A. Hayashi;S. Mori
• 通讯作者: S. Mori

Microstructure and Charge－Discharge Mechanism of a Li3CuS2 Positive Electrode Material for All-Solid-State Lithium-Ion Batteries

全固态锂离子电池Li3CuS2正极材料的微观结构及充放电机理

• DOI: 10.1021/acsaem.1c01074
• 发表时间: 2021
• 期刊: ACS Appl. Energy Mater.
• 影响因子: 6.4
• 作者: T. Ayama;H. Tsukasaki;Y. Kawasaki;H. Nakajima;M. Tatsumisago;A. Sakuda;A. Hayashi;S. Mori
• 通讯作者: S. Mori