超イオン伝導物質における伝導特性と構造に関する研究

超离子导电材料的导电性能及结构研究

基本信息

批准号：
08J05669
负责人：
小野寺陽平
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

リチウムイオン伝導固体の中でも優れた特性を示す(Li2S)x(P2S5)100-x系について、中性子およびX線の回折・散乱実験によってリチウムの存在する環境を明らかすること、そして本系に発現した非常に優れたリチウムイオン伝導メカニズムを解明することが本研究の目的である。平成20年度に取得した中性子およびX線の回折・散乱データを用い、ガラス構造に関してはリバースモンテカルロシミュレーションによる3次元構造モデルの構築を、結晶構造に関してはリートベルト解析による結晶構造解析を行った。最も伝導度の優れたLi7P3S11非平衡結晶を析出する(Li2S)70(P2S5)30組成のガラスについて構築された3次元構造モデルにおいては、リチウムイオンは4個の硫黄原子に囲まれてLiS4四面体を形成しており、さらにそれらが集合したリチウムが豊富な領域ができていることが明らかになった。一方、Li7P3S11非平衡結晶の結晶構造解析の結果からも、リチウムイオンは4個の硫黄原子に囲まれた結晶サイトに存在していることが示唆された。したがって、ガラス状態で形成されたリチウムイオンの局所構造が非平衡結晶になっても維持されていることが明らかになった。また、リチウムイオンが規則的な結晶サイトに置かれることで、リチウムイオンは高い規則性を持って結晶構造中に分布している。このことから、ガラス構造において形成されたLiS4四面体が結晶化を経ても維持されており、さらにそのような局所構造を持ったリチウムイオンが規則的に分布することで、非平衡結晶はガラスよりも一桁高いイオン伝導性を発現しているものと考えられる。今後はガラスの3次元構造モデルと結晶構造の両方を用いて、イオン伝度経路の可視化に取り組んでいく予定である。

对于在锂离子导电固体中表现出优异性能的(Li2S)x(P2S5)100-x体系，我们通过中子和X射线衍射和散射实验阐明了锂存在的环境，以及该体系中表达的结果这项研究的目的是阐明极其优异的锂离子传导机制。利用2008年获得的中子和X射线衍射和散射数据，利用逆蒙特卡罗模拟建立了玻璃结构的三维结构模型，并利用Rietveld分析对晶体结构进行了晶体结构分析。在为成分为(Li2S)70(P2S5)30的玻璃构建的三维结构模型中，该玻璃析出具有最高电导率的Li7P3S11非平衡晶体，锂离子被四个硫原子包围并形成LiS4四面体。据透露，在这些聚集体形成的地方形成了富锂区域。另一方面，Li7P3S11非平衡晶体的晶体结构分析结果也表明，锂离子存在于四个硫原子包围的晶体位点中。因此，已经清楚的是，即使当锂离子变成非平衡晶体时，以玻璃态形成的锂离子的局部结构也得以维持。另外，锂离子处于规则的晶体位点，因此锂离子在晶体结构中的分布具有高度的规则性。这表明，即使在结晶后，玻璃结构中形成的LiS4四面体也得以保持，并且具有这种局部结构的锂离子是规则分布的，使得非平衡晶体比玻璃具有更强的离子传导性。高出一个数量级。未来，我们计划利用玻璃的三维结构模型和晶体结构来可视化离子传导路径。