リチウムイオン電池正極粒子内の格子歪みの可視化と定量化：EBSDイメージングによる解析

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 物性物理学

背景:

• 格子歪みは、電池電極材料の電気化学的性能と耐久性に影響を与える重要な要因である。
• 歪みの進化を理解することは、高度なエネルギー貯蔵ソリューションを開発するために不可欠である。

研究 の 目的:

• 層状酸化物正極材料の格子歪みを定量化するための、電子後方散乱回折（EBSD）ベースのイメージング手法を開発・適用すること。
• 電気化学的サイクリング中の格子歪みの空間的不均一性と進化を調査すること。

主な方法:

• EBSDを用いて、数千個の正極粒子の結晶方位のずれデータを取得した。
• 方位のずれデータの数値分布を解析して格子歪みを定量化した。
• 3D極図解析を用いて格子歪みモードを特定した。

主要な成果:

• 個々の結晶粒内および粒子間における著しい格子歪みの不均一性を明らかにした。
• 再リチウム化中の歪みの自己修復、および脱リチウム化とサイクルに伴う歪みの増大を観察した。
• 層の曲げと層のねじれが主要な歪みモードであると特定し、回復不能な層の曲げが容量を制限していることを突き止めた。

結論:

• 格子歪みの不均一性は、電池正極材料の性能と耐久性に著しく影響する。
• 歪みの進化、特に回復不能な層の曲げは、容量低下の主な要因である。
• 開発されたEBSD手法は、電池材料の歪みを特徴付ける強力なツールを提供する。