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電池材料粒子内部の高精細な可視化に成功 ~多次元イメージング計測とデータ科学の連携~

高橋 幸生 教授(東北大:計画A02)DAM Hieu-Chi 教授(JAIST:計画A03)大久保 將史 教授(早大:計画A04)



電池材料などとして使われる、内部構造が複雑な先端材料の働きについては未だ不明な点が多く、内部の形状だけでなく化学状態を高解像で可視化するツールの確立が急務です。東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター 石黒志助教(理化学研究所放射光科学研究センター 客員研究員)、高橋幸生教授(理化学研究所放射光科学研究センター チームリーダー)、東北大学大学院工学研究科 上松英司大学院生(理化学研究所放射光科学研究センター 研修生)、早稲田大学 大久保將史教授、産業技術総合研究所 細野英司博士、北陸先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科 ダム ヒョウ チ教授らの共同研究グループは、リチウム電池正極材料の一つであるニッケル−マンガン酸リチウム粒子の1粒に対して、2次元空間での試料の高空間分解能化学状態可視化技術である「タイコグラフィ-XAFS法」測定を大型放射光施設「SPring-8」で行い、計測データを粒子内部のマンガンとニッケルの元素分布や価数分布のデータマイニングと連携させることで、粒子内部の複数の不均一な構造の可視化に成功しました。本研究成果は今後、さまざまな先端機能性材料のナノ構造・化学状態分析に応用されるものと期待できます。
本研究成果は、米国現地時間令和3年6月17日に、学術専門誌「The Journal of Physical Chemistry Letters」のオンライン版に掲載されました。



A heterogeneous phase/structure distribution in the bulk of spinel lithium nickel manganese oxides (LNMOs) is the key to maximizing the performance and stability of the cathode materials of lithium-ion batteries. Herein, we report the use of two-dimensional ptychographic X-ray absorption fine structure (XAFS) to visualize the density and valence maps of manganese and nickel in as-prepared LNMO particles and unsupervised learning to classify the three-phase group in terms of different elemental compositions and chemical states. The described approach may increase the supply of information for nanoscale characterization and promote the design of suitable structural domains to maximize the performance and stability of batteries.


Hideshi Uematsu, *Nozomu Ishiguro, Masaki Abe, Shuntaro Takazawa, Jungmin Kang, Eiji Hosono, Nguyen Duong Nguyen, Hieu Chi Dam, Masashi Okubo, Yukio Takahashi, J. Phys. Chem. Lett. 12, 5781-5788 (2021). "Visualization of Structural Heterogeneities in Particles of Lithium Nickel Manganese Oxide Cathode Materials by Ptychographic X-ray Absorption Fine Structure"

DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c01445

Published on June 17, 2021





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