2023-07-19 京都大学
スマートフォンなどの携帯電子機器の充放電を繰り返すと、次第に電池残量の減りが速くなります。この大きな原因の一つとして、これらの機器に搭載されている蓄電池の蓄電容量などの性能が、繰り返し充放電に伴い、次第に劣化していくことが挙げられます。このような性能劣化のメカニズムを理解することは、リチウムイオン電池や、全固体電池をはじめとする次世代型蓄電池の長寿命化を実現する上で重要な課題となっています。
内本喜晴 人間・環境学研究科教授、木村勇太 東北大学助教、石黒志 同助教、中村崇司 同准教授、雨澤浩史 同教授、黄溯 同大学院生、関澤央輝 高輝度光科学研究センター主幹研究員、新田清文 同研究員、宇留賀朋哉 同任期制専任研究員、奥村豊旗 産業技術総合研究所主任研究員、竹内友成 同上級主任研究員、唯美津木 名古屋大学教授（兼：理化学研究所客員研究員）らの共同研究グループは、コンピュータ断層撮影―X線吸収微細構造法（CT-XAFS法）を用いて、充放電サイクル中の蓄電池電極内の容量劣化（活物質のLi量の変化）の3次元的な空間分布およびその時間進展を非破壊かつ定量的に追跡できる手法を開発しました。これにより、蓄電池の劣化に関する5次元の情報（3次元空間分布＋時間発展＋化学情報）を解析することが初めて可能となり、劣化がいつ、どこで、どのように起こるのかをより詳細に理解できるようになりました。本手法は、全固体電池などの蓄電池の長寿命化への貢献が期待されます。
本研究成果は、2023年7月14日に、国際学術誌「Small Methods」に掲載されました。
測定対象とした全固体電池の模式図（左上）とその充放電曲線（右上）、CT-XAFS法により可視化した、充放電サイクル時の充電・放電後における3次元充電量マップ（下）。図中の赤い/青い領域はそれぞれ、充電量が高い/低い領域を表す。充放電曲線では読み取れなかった劣化の空間分布およびその経時的進行を、3次元的に可視化することが可能となった。
詳しい研究内容について
充放電による蓄電池電極劣化の経時的進行を3次元でとらえる新技術を開発～全固体電池をはじめとした次世代型蓄電池の長寿命化に貢献～
研究者情報
研究者名：内本 喜晴
書誌情報
【DOI】
https://doi.org/10.1002/smtd.202300310
【書誌情報】
Yuta Kimura, Su Huang, Takashi Nakamura, Nozomu Ishiguro, Oki Sekizawa, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, Tomonari Takeuchi, Toyoki Okumura, Mizuki Tada, Yoshiharu Uchimoto, Koji Amezawa (2023). 5D Analysis of Capacity Degradation in Battery Electrodes Enabled by Operando CT-XANES. Small Methods.
