エピタキシャル薄膜を用いたリチウム電池電極の反応解析

使用外延薄膜的锂电池电极反应分析

• 批准号: 10J56282
• 负责人: 鈴木 耕太
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J56282/
• 关键词: リチウム電池; 電極界面反応; エピタキシャル薄膜; X線表面散乱法; 固固界面; X線表面散乱方

パルスレーザ堆積法を用いて,SrTiO_3単結晶基板の上に,様々なリチウム電池電極材料のエピタキシャルモデル電極を合成した.LiFePO4(100)電極において,α軸方向へのリチウム異常拡散と膜厚減少による電極特性向上が観測され,Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18),Li_4Ti_5O_<12>(111)電極は理論容量を超える充放電容量を示した.また,中性子反射率法,表面X線回折法によるその場観察を行い,電池作成(固液界面形成)時の電極と電解液界面における構造変化を調べた.LiFePO_4(100)電極では,格子間リチウムの挿入,Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18),Li_4Ti_5O_<12>(111)電極では,リチウム欠損の生成が観測された.このことから,固液界面形成に伴いリチウム拡散が進行し,空間電荷層が形成されることが示唆された.ナノ電極における,マイクロ電極と大きく異なる電気化学特性は,これまでナノ効果として,比表面積の増大や,リチウム・電子拡散距離の短縮,表面エネルギーの寄与によって出現すると考えられてきた.しかし,本研究の結果から,空間電荷層の形成後の構造が,ナノ電極の電気化学特性に寄与していることが見出された.電池作成時に観測された空間電荷層の形成は,電極と電解液界面における化学ポテンシャルの差を緩和させるために,リチウムが拡散したことによると考えられる.半導体や電子伝導体の場合,界面における空間電荷層は電子の移動によって形成される.しかし,リチウム電池電極材料や電解液は,電子伝導性が乏しいため,リチウムイオンが正電荷キャリアとして機能することで,空間電荷層が形成する.この挙動は,リチウムのインターカレーションが可能な電極の特徴の一つであり,さらに,それにより引き起こされる電極構造変化が,電子移動の場合に比べて大きいことが,電極の物性に強く影響し,ナノ電極の優れた電気化学特性に寄与していると考えられる.

采用脉冲激光沉积技术，在SrTiO_3单晶衬底上合成了各种锂电池电极材料的外延模型电极。在LiFePO4(100)电极中，观察到锂在α轴方向的反常扩散和膜厚减小。观察到电极性能的改善，并且利用X射线原位观察，Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18)、Li_4Ti_5O_12>(111)电极表现出超过理论容量的充放电容量。衍射法，我们研究了电池制造过程中电极和电解质界面的结构变化（固液界面形成）。在LiFePO_4(100)电极中，间隙锂插入，Li(Mn,Co,Ni)O_2(1-18)，Li_4Ti_5O_ <12>(11 1）在电极中观察到锂空位的形成，这表明锂扩散随着固液界面的形成而进行，并且形成了显着不同的电化学性能。人们一直认为纳米效应的出现是由于比表面积的增加、锂/电子扩散距离的缩短以及表面能的贡献。然而，本研究的结果表明，纳米效应后的结构。空间电荷层的形成 在电池制造过程中观察到的空间电荷层的形成是由于锂的扩散，以减轻电极和电解质界面之间的化学势差。界面空间电荷层是由电子的运动形成的，然而，由于锂电池电极材料和电解质的电子传导性较差，锂离子充当正电荷载流子，形成空间电荷层，这种行为是电极的特性之一。能够嵌入锂，此外，由此引起的电极结构的变化比电子转移的情况更大，这强烈影响电极的物理性能，这被认为有助于纳米电极优异的电化学性能。 。

项目成果

LiMn_2O_4電極表面修飾効果と電気化学特性の検討

LiMn_2O_4电极表面改性效果及电化学性能检验

• 发表时间: 2012
• 作者: 鈴木耕太;Kim KyungSu;田港聡;粉生守;南嶋宏映;平山雅章;菅野了次;Son Jin-young;田村和久;水木純一郎
• 通讯作者: 水木純一郎

LiMn_2O_4電極表面構造と電気化学特性

LiMn_2O_4电极表面结构及电化学性能

• 发表时间: 2011
• 作者: 鈴木耕太;平山雅章;Kim KyungSu;田港聡;粉生守;南嶋宏映;菅野了次;Son Jin-young;田村和久;水木純一郎
• 通讯作者: 水木純一郎

Lithium ion diffusion along a-axis in nanosized LiFePO_4

纳米 LiFePO_4 中锂离子沿 a 轴扩散

• 发表时间: 2012
• 作者: K. Suzuki. M. Hirayama;K Kim;M. Komo;R. Kanno;K. Tamura;J. Mizuki
• 通讯作者: J. Mizuki

LiFePO_4エピタキシャ薄膜を用いたナノ電極反応解析

LiFePO_4外延薄膜纳米电极反应分析

• 发表时间: 2012
• 作者: 鈴木耕太・平山雅章・Kim Kyungsu;田村和久;水木純一郎;菅野了次
• 通讯作者: 菅野了次

Synthesis and Reaction Mechanism Analysis of LiNi_<1/3>Mn_<1/3>Co_<1/3>O_2 Thin-film Electrode Using an in Situ Surface X-ray Scattering Measurement

原位表面X射线散射测量LiNi_<1/3>Mn_<1/3>Co_<1/3>O_2薄膜电极的合成及反应机理分析

• 发表时间: 2010
• 作者: K.Suzuki;M.Hirayama;K.Kim;M.Komo;R.Kanno;M.Abe;K.Tamura;J.Mizuki
• 通讯作者: J.Mizuki