エピタキシャル薄膜を用いたリチウム電池電極の反応解析

使用外延薄膜的锂电池电极反应分析

• 批准号: 10J56282
• 负责人: 鈴木 耕太
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J56282/
• 关键词: リチウム電池; 電極界面反応; エピタキシャル薄膜; X線表面散乱法; 固固界面; X線表面散乱方

パルスレーザ堆積法を用いて,SrTiO_3単結晶基板の上に,様々なリチウム電池電極材料のエピタキシャルモデル電極を合成した.LiFePO4(100)電極において,α軸方向へのリチウム異常拡散と膜厚減少による電極特性向上が観測され,Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18),Li_4Ti_5O_<12>(111)電極は理論容量を超える充放電容量を示した.また,中性子反射率法,表面X線回折法によるその場観察を行い,電池作成(固液界面形成)時の電極と電解液界面における構造変化を調べた.LiFePO_4(100)電極では,格子間リチウムの挿入,Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18),Li_4Ti_5O_<12>(111)電極では,リチウム欠損の生成が観測された.このことから,固液界面形成に伴いリチウム拡散が進行し,空間電荷層が形成されることが示唆された.ナノ電極における,マイクロ電極と大きく異なる電気化学特性は,これまでナノ効果として,比表面積の増大や,リチウム・電子拡散距離の短縮,表面エネルギーの寄与によって出現すると考えられてきた.しかし,本研究の結果から,空間電荷層の形成後の構造が,ナノ電極の電気化学特性に寄与していることが見出された.電池作成時に観測された空間電荷層の形成は,電極と電解液界面における化学ポテンシャルの差を緩和させるために,リチウムが拡散したことによると考えられる.半導体や電子伝導体の場合,界面における空間電荷層は電子の移動によって形成される.しかし,リチウム電池電極材料や電解液は,電子伝導性が乏しいため,リチウムイオンが正電荷キャリアとして機能することで,空間電荷層が形成する.この挙動は,リチウムのインターカレーションが可能な電極の特徴の一つであり,さらに,それにより引き起こされる電極構造変化が,電子移動の場合に比べて大きいことが,電極の物性に強く影響し,ナノ電極の優れた電気化学特性に寄与していると考えられる.

The electrode properties of Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18), Li_4Ti_5O_<12>(111) electrodes were measured by the method of crystal deposition. In addition, the structure of the electrolyte interface was adjusted during the battery fabrication (solid-liquid interface formation) by using the neutral reflectance method and the surface X-ray reflection method. LiFePO_4 (100) electrode was used to measure the formation of defects between lattices,Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18), Li_4Ti_5O_<12>(111) electrode. The solid-liquid interface is formed and dispersed, and the space charge layer is formed. The electrochemical characteristics of the electrode are different, and the specific surface area increases. The electron scattering distance decreases, and the surface area increases. The results of this study show that the structure of the space charge layer after formation and the electrochemical characteristics of the electrode are discussed. The formation of the space charge layer at the time of cell fabrication was measured, and the difference between the electrode and the electrolyte interface was reduced. In the case of semiconductor and electron conductor, the space charge layer is formed at the interface. Battery electrode materials and electrolytes lack electron conductivity, and a space charge layer is formed. The characteristics of the electrode may be influenced by the change of electrode structure, the increase of electron movement, the strong influence of electrode physical properties, and the improvement of electrode electrochemical properties.

项目成果

LiMn_2O_4電極表面修飾効果と電気化学特性の検討

LiMn_2O_4电极表面改性效果及电化学性能检验

• 发表时间: 2012
• 作者: 鈴木耕太;Kim KyungSu;田港聡;粉生守;南嶋宏映;平山雅章;菅野了次;Son Jin-young;田村和久;水木純一郎
• 通讯作者: 水木純一郎

Lithium ion diffusion along a-axis in nanosized LiFePO_4

纳米 LiFePO_4 中锂离子沿 a 轴扩散

• 发表时间: 2012
• 作者: K. Suzuki. M. Hirayama;K Kim;M. Komo;R. Kanno;K. Tamura;J. Mizuki
• 通讯作者: J. Mizuki

LiMn_2O_4電極表面構造と電気化学特性

LiMn_2O_4电极表面结构及电化学性能

• 发表时间: 2011
• 作者: 鈴木耕太;平山雅章;Kim KyungSu;田港聡;粉生守;南嶋宏映;菅野了次;Son Jin-young;田村和久;水木純一郎
• 通讯作者: 水木純一郎

LiFePO_4エピタキシャ薄膜を用いたナノ電極反応解析

LiFePO_4外延薄膜纳米电极反应分析

• 发表时间: 2012
• 作者: 鈴木耕太・平山雅章・Kim Kyungsu;田村和久;水木純一郎;菅野了次
• 通讯作者: 菅野了次

Synthesis and Reaction Mechanism Analysis of LiNi_<1/3>Mn_<1/3>Co_<1/3>O_2 Thin-film Electrode Using an in Situ Surface X-ray Scattering Measurement

原位表面X射线散射测量LiNi_<1/3>Mn_<1/3>Co_<1/3>O_2薄膜电极的合成及反应机理分析

• 发表时间: 2010
• 作者: K.Suzuki;M.Hirayama;K.Kim;M.Komo;R.Kanno;M.Abe;K.Tamura;J.Mizuki
• 通讯作者: J.Mizuki