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2014-1

位置分解EELSによるその場形成負極活物質の電子状態計測


技術のポイント

全固体Liイオン電池の電極/電解質界面におけるLi分布と遷移元素(Ti)、酸素(O)の電子状態変化を同時計測する

基礎研究


背景
全固体Liイオン電池の実用化には、電極/電解質界面におけるイオンの移動抵抗を下げる必要がある。しかし、界面近傍のイオン分布や他の元素への影響など、反応に関するメカニズムは不明であった。

目的
低い界面抵抗を示す「その場形成負極/固体電解質」界面近傍のLi分布と遷移元素(Ti) 、酸素(O)の電子状態分布を位置分解EELSを用いて同時に計測し、低い界面抵抗を示す界面の反応メカニズムを探る。

成果
(1) 挿入されたLiイオンの濃度により遷移元素Tiと酸素Oの電子状態が変化することがわかった(Oも電荷補償に寄与する)
(2) Liイオンの挿入によって、O-O間の平均距離がピコメートルスケールで拡がっている分布が観察できた
Liイオンの挿入に伴う電池反応メカニズムを解明した




図 (a) 位置分解EELSの実験セットアップ、(b) 全固体電池の模式図、(c) その場形成負極/固体電解質界面近傍のTEM像、
(d) Li、(e) Ti、(f) Oの位置分解EELS像、(g) 界面近傍のLi分布とTiの価数分布、(h) O-O間の平均距離分布



期待される適応分野
高性能 Liイオン二次電池の開発
電気二重層キャパシタや燃料電池などの電気化学デバイスへの応用

参考文献 K. Yamamoto et al., J. Power Sources 266 (2014) 414-421.
謝辞 本研究は、革新型蓄電池先端科学基礎研究事業 (NEDO)からの委託研究として実施したものである。



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