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次世代電池内部のリチウムイオンの動きを充放電中に可視化する技術を開発

本研究の【概要詳細

一般財団法人ファインセラミックスセンター(以下、JFCC)、パナソニック株式会社(以下、パナソニック)および名古屋大学は、共同で、走査型透過電子顕微鏡(STEM: Scanning Transmission Electron Microscope)※1内で全固体リチウムイオン(以下、Liイオン)電池を充放電させ、電子エネルギー損失分光法(EELS: Electron Energy-Loss Spectroscopy)※2と高度画像解析技術(多変量解析技術)を駆使し、LiCoO2正極内におけるLiイオンの2次元分布を、同一領域で、かつ、定量的に可視化することに世界で初めて成功しました(図1参照)。

 この観察により、LiCoO2正極内では、Liが不均一に分布しており、充放電中のLiイオンの動きにも影響を及ぼしていることが明らかになりました。また、固体電解質に近い界面近傍では、Liイオンの濃度が低くなっておりCo3O4が多く混在していることがわかりました。これにより、Liイオンの移動抵抗が、界面で高くなる原因が明らかになり、次世代電池の実用化に向けて大きく前進することが期待されます。
 本成果は2018年8月21日に、米国科学雑誌「Nano Letters」の電子版に掲載されました。
 なお、本研究は、日本学術振興会科学研究費補助金(JP 17H02792)および文部科学省「ナノテクノロジープラットフォーム」(名古屋大学)の支援を受けて行われました。

図1:LiCoO2正極内部の充放電中におけるイオン濃度分布の変化
(a)〜(d) 固定電解質/LiCoO2正極/Au集電体近傍の断面STEM像。
それぞれ、0%充電(充電前)、50%充電、100%充電、33%放電後のSTEM像を示す。
(e)〜(h) EELSと高度画像解析を用いてマッピングされた (a)〜(d) の領域におけるLi分布。


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研究担当者
ナノ構造研究所 電子線ホログラフィーグループ 山本和生

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