結晶性高イオン伝導体の共通構造の解明に基づく新規リチウムイオン伝導体の創製

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本研究では、第一原理計算と機械学習技術を組み合わせ、高イオン伝導体に共通する構造的特徴を解明し、固体電解質材料の新たな開発指針を構築することを目的とする。1年目となる2022年度は、イオン伝導種の配位環境とイオン伝導性との関係に着目し、局所配位環境を特徴量化する技術開発を中心に取り組んだ。局所配位環境の特徴量化は、中心イオンの近接サイト探索と配位環境の数値化という2つの基本ステップから構成される。近接サイト探索には、最近接原子間距離に基づく最小距離近傍探索法を採用し、配位環境の数値化には、四面体など配位多面体パターンの角度情報を元にした局所構造オーダーパラメータを採用した。これにより、全37種類の基本配位多面体パターンについて局所構造オーダーパラメータを計算し、これらを1次元ベクトル化することで特徴量ベクトルとした。更に、比較したい2つの構造に対し、特徴量ベクトルのコサイン類似度から構造間の類似性を判定する手法も開発した。テストケースとして、特定のハロゲン系Li+イオン伝導体（Li3YX6, X=Cl,Br）について、Li+周りの配位環境とイオン伝導性との関係を調査した。その結果、Li+占有アニオン八面体と移動先サイトのアニオン四面体が面共有しており、これら多面体の体積増加に伴いイオン伝導度が向上することを確認した。このように、結晶構造における局所配位環境とイオン伝導性との相関が示唆されたため、多様なイオン伝導体に対する包括的な解析を次年度以降に取り組む。