高品質リチウムイオン電池開発に新指針

高品質リチウムイオン電池開発に新指針

～材料技術と数学の連携により、

薄膜作製中のリチウム欠損メカニズム

を解明～

平成25年7月10日

東北大学原子分子材料科学

高等研究機構(AIMR)

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　東北大学 原子分子材料科学高等研究機構

（AIMR）のダニエル・パックウッド助教、

白木将講師、一杉太郎准教授の研究グループ

は、リチウムイオン電池の正極材料として

知られるマンガン酸リチウム薄膜を合成

する際に、薄膜中のリチウムが欠損する

メカニズムを数学的に解明しました。

　リチウムの欠損は、導入した酸素分子

によって、軽い元素であるリチウム原子が

強く散乱されるために起こっていました。

　この成果は、不純物の少ない高品質な

薄膜を合成し、リチウムイオン電池や

機能性酸化物を用いた高性能デバイスの

開発に大きく道を拓くものです。

　マンガン酸リチウム（LiMn2O4）は、

その化学式が表す通り、薄膜中のリチウム：

マンガン：酸素の比率が 1：2：4 に

なるのが理想ですが、薄膜合成中に

リチウムの欠損が起こるため、高品質の

薄膜合成が難しく、欠損メカニズムの

解析方法の確立が求められていました。

　研究グループは、高度な薄膜合成技術

による詳細な原子数比解析と、数学との

連携による衝突・散乱モデルの開発により、

酸素分子との衝突によるリチウム原子欠損

のメカニズムを解明し、リチウムと

遷移金属を含む材料において、高品質薄膜

を合成する指針を確立しました。

　本研究成果は、2013 年7月12日に

「Physical Review Letters」の

オンライン速報版で公開されます。

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＞マンガン酸リチウム薄膜を合成

＞する際に、薄膜中のリチウムが欠損する

＞メカニズムを数学的に解明しました。

　素晴らしい。

　定量化出来ることが重要です。

＞今回導出した数学モデルは、確率過程

＞により、高エネルギーの原子が他の原子

＞と衝突し、熱平衡状態に至る過程を

＞解析することができます。

＞この熱平衡の問題は、これまで主に

＞ボルツマン方程式＊2を用いて

＞古くから研究されてきましたが、

＞それに代わる新たなモデルとしても

＞期待されます。

　いろいろ応用が出来そうです。

　期待したい。