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リチウムイオン二次電池正極材料LiFePO4の表面構造を原子レベルで観察することに初めて成功 〜 リチウムイオン電池の高性能化に向けた研究開発に大きく寄与 〜

本研究の【概要詳細

1.現状
 リチウムイオン二次電池に求められる性能として、安定性、高容量化とともに短時間で充放電できることが重要となります。この高速充放電を達成するには電極材料と電解液の接する境界でリチウムイオンが容易に移動できることが必要不可欠です。この境界でのリチウムイオンの移動現象を適切に制御するためには、材料の表面構造がどのようになっているのか原子レベルで観察し把握する必要がありますが、これまでその表面原子構造については分かっていませんでした。


2.本研究の成果
 ファインセラミックスセンターがこれまで蓄積してきた最先端の観察技術と理論計算を組み合わせた独自の解析手法により、実製品で使用されている正極材料であるオリビン(LiFePO4)の構造は表面において、リチウムイオンの影響により大きく変化することを世界で初めて観察することに成功しました。

リチウムイオン二次電池の充電反応の模式図と正極材料LiFePO4の表面構造観察結果
(表面構造がリチウムイオンの有無により異なっている)


3.今後の展開
 本成果の表面観察技術と理論計算を基にし、さらに研究を進めて電極材料と電解質との境界でのリチウムイオンの移動メカニズムを解明します。そして、リチウムイオンがスムーズに移動できる表面構造を実現させることで、高速充放電に適した材料開発に大きく貢献できると期待されます。

※本成果は2016年7月29日に米国化学学会「ナノレターズ(Nano Letters)」電子版に掲載されました。

※本研究の一部は、NEDO委託事業「革新型蓄電池先端科学基礎研究事業 (RISING)」および「革新型蓄電池実用化促進基盤技術開発 (RISING II)」、の一環として実施した結果から得られた成果です。


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