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R-8
2019

Liイオン電池用正極膜の充放電による表面構造変化




課題
Liイオン電池の充放電反応では、正極-電解質を介してLiイオンが脱挿入するため、正極表面の構造が電気化学特性に大きく影響を与える。しかし、充放電反応過程の原子レベルの構造については十分に理解されていない。

解決手段
化学溶液法を用いてLiMn2O4正極配向膜をAu/Al2O3基板上に成膜し、充放電による原子レベルでの膜表面の構造変化について、収差補正走査透過電子顕微鏡(STEM)を用いて解析する。

成果・新規性
モノクロメータを用いた電子エネルギー損失分光法により、Li濃度情報を効率的に抽出することで電子線に弱い電池材料の解析手法の構築に成功
LiFePO4とFePO4の境界には中間相が存在し、大きな格子定数差を緩和するのに重要な役割を果たすことを明らかにした。


実験方法: 化学溶液法による正極配向膜の作製、STEM、表面構造計算、電気化学特性評価
(a)充電前 (b)初期充電後 (c)5回充電後のLiMn2O4膜の[110]入射のHAADF−STEM像。下段は
各過程における原子構造の模式図 (d)初期充電後(図(b))の膜表面から内部方向のMn1−Mn1
対角線に沿う白矢印方向の輝度プロファイル (e)図(b)の黄色矢印方向の輝度プロファイル



期待される市場・応用
正極材料の構造制御法の最適化、全固体型Liイオン電池の界面構造解析

発表文献
X. Gao, Y.H. Ikuhara, C.A.J. Fisher et al., J. Mater. Chem. A, 7, 8655-9346 (2019).

謝辞 本研究は、トヨタ自動車株式会社との共同研究により実施されたものである。


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