エピタキシャル電極を用いたリチウム電池正極界面反応機構の解明

利用外延电极阐明锂电池正极界面反应机理

• 批准号: 08J07830
• 负责人: 平山 雅章
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J07830/
• 关键词: リチウム電池; 二次電池; イオン拡散; ハイブリッド自動車; X線表面散乱; 中性子散乱

自動車用途に向けて高出力化か望まれているリチウムイオン二次電池の電極反応機構解明を目指し,特に反応の律速が存在する正極と電解液の固液界面に着目した.層状岩塩型、スピネル型、オリビン型の各実用電極について,(1)エピタキシャル薄膜電極による均一な固液界面の構築,反応を単純化し、(2)放射光X線表面回折法,中性子反射率法により電極再表面(数nm)の構造変化、価数変化をその場観測により検討した.(1)パルスレーザー堆積法を用いたエピクキシャル薄膜の作製条件を検討し,結晶の質、方位,膜厚を制御した薄膜の作製に成功した.薄膜界面の同定はX線反射率法,AFM,SEM観察により行い,解析に理想的な二次元界面を有することを明らかにした。(2)エピタキシャル薄膜電極とその場観察用電気化学セルを用いて、固液界面挙動の検討を行った。放射光X線表面回折測定は,大型放射光施設SPring-8 BL14を使用して,7/27-7/31の4日間行った.X線の入射角を変化させることで,表面からの深さ方向の構造変化の検出に成功し,電池反応中に最表面構造が再配列することを明らかにした.さらに薄膜格子を基板により規制することで,リチウムイオンの拡散方向を制御出来る可能性を見いだした。中性子がX線よりリチウムイオン変化の検出に優れていることを利用して,電池反応中の電極電解質界面のリチウムイオンの動き検出を試みた.その結果,界面構造が大きく変化することを明らかにした.中性子を用いたリチウム電池電極/電解質界面のその場観測はこれまでに例がない.In situ中性子反射率法は電池反応場におけるリチウムイオンの動きだけでなく,電気二重層の形成過程を調べる上でも有用な測定方法になると考える.

The electrode reaction mechanism of secondary battery is explained in detail, especially the solid-liquid interface between electrode and electrolyte. The electrode structure of layered rock type, sphere-type and multi-layer type is discussed.(1) The uniform solid-liquid interface construction of thin film electrode is discussed.(2) The surface reflection method of radiation X-ray is discussed.(3) The structural change and numerical change of electrode surface are discussed. (1)The preparation conditions of thin films were discussed by using the method of crystal deposition, and the quality, orientation and film thickness of thin films were successfully prepared. The interface of thin film is determined by X-ray reflectivity method,AFM and SEM. (2)Electrochemistry for field observation and solid-liquid interface dynamics X-ray surface reflection measurement, large radiation facility SPring-8BL 14 was used since July 27-7/31. X-ray incident angle changed, and structural change in the surface and depth direction was successfully detected. The possibility of controlling the dispersion direction of thin film lattices is discussed. In the middle of the battery, the electrode electrolyte interface in the battery reaction is tested for X-ray emission and dynamic detection. As a result, the structure of the interface has changed greatly. In situ neutral-reflectance method for measuring the reaction field at the electrode/electrolyte interface of a battery, the formation process of an electric double layer is modulated.

项目成果

X線散乱法によるLiNi_<0. 8>Co_<0. 2>O_2電極反応機構の検討

利用X射线散射法研究LiNi_<0.8>Co_<0.2>O_2电极反应机理。

• 发表时间: 2008
• 作者: 平山雅章;坂本和幸;Cho Woosuk;當寺ヶ盛健志;鈴木耕太;山田淳夫;菅野了次;園山範之;田村和久;水木純一郎
• 通讯作者: 水木純一郎

Mechanistic study on LiFePO_4 epitaxial thin-film electrode using a surface X-ray scattering technique

表面X射线散射技术研究LiFePO_4外延薄膜电极机理

• 发表时间: 2008
• 作者: M. Hirayama;K. Sakamoto;W. Cho;T. Tojigamori;K. Suzuki;N. Sonoyama;D. Mori;A. Yamada;R. Kanno;K. Tamura;J. Mizuki
• 通讯作者: J. Mizuki

MECHANISTIC STUDY ON LIFEPO_4 EPITAXIAL THIN-FILM ELECTRODE USING A SURFACE X-RAY SCATTER-ING TECHNIQUE

采用表面X射线散射技术对LIFEPO_4外延薄膜电极进行机理研究

• 发表时间: 2008
• 作者: M. Hirayama;K. Sakamoto;W. Cho;T. Tojigamori;K. Suzuki;N. Sonoyama;D. Mori;A. Yamada;R. Kanno;K. Tamura;J. Mizuki
• 通讯作者: J. Mizuki

Structural investigation of Eu2+ emissions from alkaline earth zirconium phosphate

• DOI: 10.1016/j.jssc.2008.12.015
• 发表时间: 2009-04
• 期刊: Journal of Solid State Chemistry
• 影响因子: 3.3
• 作者: M. Hirayama;N. Sonoyama;A. Yamada;R. Kanno

Surface structure of LiNi_<0. 8>Co_<0. 2>O_2 : a new experimental technique using in situ X-ray diffraction and two-dimensional epita xial film electrodes

LiNi_<0的表面结构。

• 发表时间: 2009
• 期刊: Chemistry of Materials (In press)
• 作者: K. Sakamoto;M. Hirayama;N. Sonoyama;D. Mori;A. Yamada;K. Tamura;J. Mizuki. R. Kanno
• 通讯作者: J. Mizuki. R. Kanno