全固体イオニクス素子の量子材料設計

全固态离子器件的量子材料设计

• 批准号: 11229203
• 负责人: 田中 功
• 金额: $ 44.67万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11229203/
• 关键词: リチウム電池; 第一原理計算; 固体電解質; 電極欠陥; X線吸収スペクトル; 電子線エネルギー損失分光; 酸素欠陥; 電極材料; 遷移金属酸化物; リチウム2次電池; FLAPW法; バンド計算; 正極材料

本班究のねらいは第一原理のみに基づいた量子化学計算により,構造欠陥や界面に基づいた損失のない場合の電池電圧や容量といった本質的な電池特性を算出し,原子配列や組成との関連性を理解することにある.本年は,第2班との密接な連携のもとで,Mn系スピネルでの酸素欠損型欠陥のエネルギーを詳細に検討した.手法としては,構造最適化の精度が高く,かつ効率の良い平面波基底・擬ポテンシャル法を用いた.この酸素欠損型欠陥は,電池の寿命などの動的特性に大きな影響を持っていることが実験的に知られていたが,その原子論からのメカニズムは知られていなかった.本研究の結果,世界で初めて,Mn系スピネルでの酸素欠損型が酸素空孔ではなく,格子間金属によるものであることが判明した.これは,第2班での密度測定や原子拡散の実験結果と良く合致する.X線吸収スペクトルの解釈のための多電子系第一原理計算プログラムを開発し,第2班で得られた実験結果の解釈を行った.その結果,LiNiO2からLiのデインタカレーションに伴う電子構造変化は,従来考えられていたようなNiの酸化によるのではなく,酸化物イオンが酸化することによることが明らかにされた.さらに第1班,第2班との連携のもと,固体電解質中でのLiの拡散メカニズムを決定する素因子を理解するための計算を行った.計算結果は,他班の実験グループと共有し,分光実験の結果の解釈や,新規材料探索に応用できる体制になっている.

In this paper, the first principle of quantum chemistry calculation is used to calculate the battery voltage and capacity in the case of structural defects, interface losses, and intrinsic battery characteristics, and to understand the relationship between atomic arrangement and composition. This year, the second shift of the close connection between the two sides,Mn is the production of the acid loss type of incomplete production of the detailed discussion. The method of structural optimization has high accuracy, high efficiency and good plane wave base. This kind of acid deficiency type is insufficient, and the battery life is greatly affected by the dynamic characteristics of the battery. As a result of this study, it is clear that Mn is a kind of lattice metal in the world. The results of density measurement and atomic dispersion in the second shift were well combined. X-ray absorption spectra were analyzed and the results of first-principle calculation of multielectron system were analyzed. As a result, LiNiO2 was oxidized to Li, and the electron structure was changed. The first shift, the second shift and the second shift are connected, and the Li dispersion factor in the solid electrolyte is determined. The calculation results show that there are many problems in the field of spectroscopy, and new materials are explored.

项目成果

Y.Koyama: "New fluoride cathodes for rechargeable lithium batteries"J. Electrochem. Soc.. 147. 3633-3636 (2000)

Y.Koyama：“用于可充电锂电池的新型氟化物阴极”J。

K.Tasumi: "Theoretical calculation of B-K edge ELNES in 3d transition metal-boron systems"J.Jpn.Inst.Metals. 64. 527-534 (2000)

K.Tasumi：“3d 过渡金属-硼体系中 B-K 边缘 ELNES 的理论计算”J.Jpn.Inst.Metals。

Y. Koyama: "First principles study on determining factors of battery voltages of LiMO_2 (M=Ti-Ni)"J. Jpn. Appl. Phys.. 38. 4804-4808 (1999)

Y. Koyama：“LiMO_2（M=Ti-Ni）电池电压决定因素的第一性原理研究”J。

K.Tatsumi: "Atomic structure and bonding of β-and spinel Si6-zAlzOzN8-z by first-principles calculations"Phys.Rev. B. 66. 165210 (2002)

K.Tatsumi：“通过第一性原理计算β-和尖晶石Si6-zAlzOzN8-z的原子结构和成键”Phys.Rev. B. 66. 165210 (2002)

K.Ogasawara: "Relativistic cluster calculation of ligand-field multiplet effects on cation L2,3 x-ray absorption edges of SrTiO3, NiO and CaF2"Phys. Rev. B. 64. 115413,1-115413,5 (2001)

K.Ogasawara：“SrTiO3、NiO 和 CaF2 的阳离子 L2,3 X 射线吸收边的配体场多重效应的相对论簇计算”Phys。