2研究成果／次世代電池

R-7

2024

オペランド透過電子顕微鏡による全固体電池のLi伝導の可視化

アピールポイント

動作中の電池内部のLiの動きをナノスケールで可視化
【技術シーズ：オペランド解析】

課題

・全固体電池は、現行のLiイオン電池を上回る安全性・エネルギー密度に期待

・全固体電池用部材として、Li₄Ti₅O₁₂負極が高耐久かつ高出力材料として有望

・Li₄Ti₅O₁₂負極のLiイオン伝導・相転移メカニズムが不明

解決手段

・オペランド透過電子顕微鏡法と電子エネルギー損失分光法によるLiの観察

・動作中の全固体電池内部のLiの動きをナノスケールで可視化

・Li₄Ti₅O₁₂⇔Li₇Ti₅O₁₂の相転移挙動を実空間で観察

成果・新規性

・Li挿入時にLi₄Ti₅O₁₂粒子表面を優先的にLiが伝導することを発見

・Li挿入／脱離時の空間的に非対称なLi分布を発見

・Li₄Ti₅O₁₂に対して、Li₇Ti₅O₁₂のLi拡散係数が2桁低いことを発見

→ Li₄Ti₅O₁₂：1.2×10^-11 cm²/s、Li₇Ti₅O₁₂：1.0×10^-13 cm²/s

→ Li₄Ti₅O₁₂のLiイオン伝導経路、相転移メカニズムを提案

・実験方法：オペランド透過電子顕微鏡解析、電子エネルギー損失分光法

期待される市場・応用

・全固体Li電池の高エネルギー密度化に資する材料設計指針の提供

・固体イオニクスの基礎学理の構築

発表文献

Y. Nomura et al., J. Mater. Chem. A 11, 2324–23248 (2023).

謝　辞：本研究は、防衛装備庁安全保障技術研究推進制度JPJ004596「AI的画像解析によるオペランド電子顕微鏡計測技術に関する研究」、JSPS科研費（9H05814、23K13837、23H00241、23H01858）、花王科学芸術財団、村田学術振興財団の助成を受けて実施されたものである。