2012-4

リチウムイオン固体電解質の第一原理分子動力学計算

固体電解質におけるLiイオンの拡散係数の定量評価、および、伝導機構解明に成功

次世代高性能蓄電池の実現に向け、固体電解質のイオン伝導度向上が期待されている。LISICON（Li2+2xZn1-xGeO4(0≦x≦1)）系固体電解質はこれまで多くの研究があるが、イオン伝導機構は不明な点が多い。

第一原理分子動力学法(FPMD)を用いたイオン移動現象のシミュレーション結果からLiのイオン伝導性を評価する。

(1)	Liイオンの拡散係数を定量的に評価。実験値を再現できた。
(2)	Liイオンは[GeO4]と稜を共有する八面体位置を経由しながら、複数のLiイオンが協調的に移動する機構で拡散する。

イオン伝導度およびイオン伝導機構の評価技術開発に成功

・手法：	・平面波基底PAW法に基づく第一原理分子動力学計算（VASPコード）・NVTアンサンブル（粒子数、体積、温度一定）、136原子で構成されるスーパーセル
・評価特性：	拡散係数Dは、イオンの平均二乗変位から右式で算出される

図. FPMD解析結果	(a) Liイオンの拡散係数。LGPSはLi3+xGexP1-xS4、LZGOはLi2+2xZn1-xGeO4を表す。 (b) Li3Zn0.5GeO4のユニットセル。4c,4bは[GeO4]と稜を共有する八面体位置。 (c) Liイオンの拡散経路(T=1200 K)。
	[1] R. Kanno and M. Murayama, J. Electrochem. Soc. 148, A742 (2001). [2] H. Y-P. Hong, Mat. Res. Bull. 13, 117 (1978).

異なる結晶構造や構成元素をもつ
Liイオン固体電解質への展開

高性能固体電解質の開発に寄与

謝辞

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本研究は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)「次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発」の委託業務の結果得られたものである。