Morphological evolution of the phase separation induced by conversion and re-conversion reactions investigated by small-angle X-ray scattering

小角 X 射线散射研究转化和再转化反应引起的相分离的形态演化

• 批准号: 22K05300
• 负责人: 堀 博伸
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05300/
• 关键词: リチウムイオン電池; コンバージョン反応; 相分離; 共連続構造; 小角X線散乱; 共蒸着

今年度は室温での逆コンバージョン反応によりFeF3が生成可能なFe/LiF混合薄膜の作製を試みた。これまでの研究から共蒸着法にて作製したFe/LiF混合薄膜のうち組成比Fe:LiF＝1:1では室温での充放電が可能であること、充電後にFeF2が形成していること、さらには成膜時の混合薄膜のナノ構造がフッ化鉄の放電後のナノ構造と類似した共連続構造を形成していることなどを確認している。ただし充電過程でFeF3の生成が期待出来る組成比がFe:LiF＝1:3の混合薄膜を用いた場合は、室温での充放電においてFeF3の充放電挙動を再現するには至っていない。ひとつには使用した共蒸着装置が成膜後の大気曝露が不可避な機構であり、電池作製時までにFe相が金属状態を保持できない場合があり、特にFe:LiF＝1:3ではFe相の多くが酸化しており、このことが組成比Fe:LiF＝1:３において充放電できない要因の一つと考えられた。そのため本年度はまず共蒸着装置で成膜後も大気非曝露のまま取り扱える装置設備の構築を行った。構築した装置を用いて成膜後に大気非曝露で取り出したサンプルについてX線光電子分光法(XPS)を用いた解析を行い、Fe/LiF混合薄膜内のFe相が金属状態であることが確認できた。また混合薄膜について小角X線散乱法(SAXS)による構造解析を行い、Fe:LiF=1:3の組成において共連続構造に特徴的な散乱ピークを確認することができた。さらにFe/LiF混合薄膜を大気非曝露のまま正極として作製した電池を用い25℃での充放電測定を行ったところ、そのうちの一部のサンプルの放電曲線がFeF3と類似した放電曲線となり、室温下においてもFe/LiF混合薄膜電極からFeF3が形成しうることを示唆する結果が得られた。

This year, FeF3 was formed in the reverse reaction at room temperature, and the preparation of Fe/LiF mixed films was studied. The composition ratio Fe:LiF=1:1 for Fe/LiF hybrid thin films prepared by co-evaporation method was studied. The formation of FeF2 after charging at room temperature was confirmed. The formation of FeF3 is expected during the charging process. The composition ratio of Fe:LiF=1:3 is used in mixed films. The charge state of FeF3 is reproduced at room temperature. When using the co-evaporation device, the heavy gas exposure after film formation cannot be avoided. When the battery is operated, the Fe phase is kept in the metallic state. In particular, Fe:LiF=1:3. The Fe phase is acidified. The composition ratio Fe: LiF=1:3. This year, the construction of the device was carried out after the film formation of the device. The Fe phase in Fe/LiF mixed thin films was analyzed by XPS after film formation. The structure analysis of mixed thin films by SAXS method, Fe:LiF=1:3 and the scattering characteristics of co-connected structures are confirmed. The Fe/LiF mixed thin film electrode was fabricated by using a battery at 25℃. The results showed that the FeF3 curve was similar to the FeF3 curve at room temperature.