利用報告書 / User's Reports | ARIM Japan公式ホームページ

【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23AE0010

利用課題名 / Title

薄膜モデル電池を用いたオペランドX線回折法による全固体電池反応解析

利用した実施機関 / Support Institute

日本原子力研究開発機構 / JAEA

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

全固体電池,エピタキシャル薄膜,固体/固体界面,全固体電池/ All-solid battery,X線回折/ X-ray diffraction

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

平山　雅章

所属名 / Affiliation

東京工業大学　物質理工学院

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

LI YANZHAO,伊藤　耕太郎,吉本　将隆,KANG DONGHO,河合　爽也人,渡邊　健太

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

田村　和久

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AE-005：カッパ型多軸回折計

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

全固体電池反応は固体固体界面で進行するが，既存液系蓄電池と同様の電気化学理論に基づく解釈にとどまり，本質は明らかでない．本研究では，申請者が独自に構築してきたエピタキシャル膜/固体電解質膜モデル界面を基に，放射光X線表面散乱から電極界面構造のその場観察を実施し，固固界面での電気化学現象解明を目標とする．

実験 / Experimental

本課題では硫化物固体電解質を用いた薄膜電池において、in situ X線回折実験から正極結晶構造変化をその場観察することを目的とした。LiCoO₂エピタキシャル膜正極をSrRuO₃/SrTiO₃(100)基板上に作製し、界面層Li₃PO₄、固体電解質Li₃PS₄、負極Liを積層することでモデル薄膜電池を得た。In-situ X線回折は、BL22XUに設置されたκ型多軸回折計およびNaIシンチレーションカウンター検出器を利用し、in-situ測定用真空対応セルを用いて測定した。X線のエネルギーは15 keVとした。電池作製時（as-fabricated）、充放電にout-of-plane 003, 104, およびin-plane 01-4, -210反射を測定し、電極構造の変化を調べた。

結果と考察 / Results and Discussion

初回充電時にLiCoO₂膜のout-of-plane 104反射は低角側に移動し、強度が減少し、放電時に可逆的に変化した。可逆的なリチウム脱挿入の進行が確認された。In-plane 01-4反射では初回充電時に、リチウム脱離が進行する電圧域よりも低い3.8 Vでピーク強度の増大が観測され、界面近傍における原子配列の変化が示唆された。充電4.2 Vではリチウム脱離、放電3.0 Vではリチウム挿入により可逆的にピークが変化した。以上より、硫化物電解質を用いた薄膜電池でin situ X線回折測定で構造変化をその場観察することに成功した。今後よりセルの真空度を高めることで、サイクル変化のその場観察を行う計画である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・新学術領域研究(MEXT) 「機能コアの材料科学」

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Masataka Yoshimoto, Intercalative and non-intercalative photo-recharge using all-solid-state cells for solar energy conversion and storage, Sustainable Energy & Fuels, 8, 1236-1244(2024).
DOI: https://doi.org/10.1039/D3SE01636F

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

K. Ito, K. Tamura, M. Hirayama, et al., RSC Applied Interfaces (accepted)

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件