電子分光統合化と量子化学計算によるリチウム電池正極材劣化診断と材料設計

利用集成电子能谱和量子化学计算进行锂电池正极材料劣化诊断和材料设计

• 批准号: 18760493
• 负责人: 巽 一厳
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760493/
• 关键词: リチウム電池正極材料; 内殻吸収スペクトル; 微量ドーパント; 第一原理計算; 多変量解析; リチウムイオン電池; EELS; TEM; イメージング

LiNi(Co)O_2型リチウム電池正極材料の劣化診断として二つの視点から研究を進めた:(1)添加されるA1・Mgの状態分析(2)劣化と密接に関連するNiの価数異常のマッピング.(1)劣化前後でのドーパントA1とMgのK殻吸収端スペクトルをEELS及びXAFSで測定,第一原理計算よりスペクトルを解釈した上でA1とMgが及ぼす化学結合状態変化を調べた.A1は非常に強固なA1-0結合を有すため,充放電サイクル後にLiA1O_2様の同じ結晶構造をもつ化合物に類似した吸収スペクトルを一部示した.Mgは3-4Åの範囲のNi-O結合を強化するが,充放電サイクル後には一部正極材料から抜け出ることがスペクトル強度の低下より示された.(2) 走査透渦型電子顕微鏡に付随するEELS分光器により,正極中の遷移金属(Ni,Co),酸素の内殻吸収スペクトルをナノレベルの位置分解能で2次元スキャン測定した.このデータセットを多変量解析の一手法であるSelf Modeling Curve Resolutionにより次の3成分に分解した.すなわち,LiNi(Co)O_2本来のスペクトル及び,Liが欠損したNi(Co)O_2様のスペクトル更に,Ni(Co)O様のスペクトルである.これら3成分の強度の2次元分布より,正極一次粒子の表面近傍で劣化が起こることが見出された.この解析は,電子チャネリングを用いたサイト選択的EELSにおいて,サイト選択性を系統的に変化させたスペクトルデータ列から純粋なサイト固有スペクトルを抽出した経験に基づくものである.

Deterioration diagnosis of electrode materials for LiNi(Co)O_2-type lithium ion batteries:(1) analysis of the state of Al·Mg added;(2) analysis of the relationship between deterioration and adhesion; and (3) abnormal Ni number. (1)Before and after degradation, A1, Mg and K shell absorption were measured by EELS and XAFS. First principles calculation showed that A1, Mg and K shell absorption was very strong. LiA1O2 has the same crystal structure as LiA1O2, which shows that the Ni-O bond of Mg 3-4 is strengthened, and the strength of LiA1O2 electrode is reduced. (2)To investigate the position resolution energy of the migrating metals (Ni,Co) and acids in the electrode of the EELS spectrometer. A method of Self Modeling Curve Resolution for multi-component analysis. LiNi(Co)O_2 is a rare earth element, and Li (Co)O_2 is rare earth element. 2-D distribution of intensity of three components, deterioration of electrode primary particles near the surface. This analysis is based on the selection of EELS, and the selection of EELS.

项目成果

Detection of hydrogen at localized regions by unoccupied electronic states in iron carbides : Towards high spatial resolution mapping of hydrogen distributions

通过碳化铁中未占据电子态检测局部区域的氢：走向氢分布的高空间分辨率映射

• 发表时间: 2007
• 期刊: J.Appl.Phys. 101
• 作者: K.Tatsumi;S.Muto;T.Yoshida
• 通讯作者: T.Yoshida

Spectral restoration and energy resolution improvement of electron energy -loss spectra by Pixon reconstruction : II. Application to practical ELNES analysis of low SNR

通过 Pixon 重建的电子能量损失光谱的光谱恢复和能量分辨率提高：II。

• 发表时间: 2006
• 期刊: J. Electron Microsc. 55
• 作者: S.Muto;K.Tatsumi;R.C.Puetter;T.Yoshida;Y.Yamamoto;Y.Sasano
• 通讯作者: Y.Sasano