2022年2月3日
国立研究開発法人 産業技術総合研究所
株式会社 日産アーク
大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター
一般財団法人 総合科学研究機構
概要
国立研究開発法人 産業技術総合研究所（以下「産総研」という）分析計測標準研究部門 X線・陽電子計測研究グループ 木野 幸一 主任研究員、大島 永康 研究グループ長、放射線イメージング計測研究グループ 田中 真人 研究グループ長、藤原 健 主任研究員、黒田 隆之助 研究グループ付、マルチマテリアル研究部門 軽量金属設計グループ 渡津 章 主任研究員は、株式会社 日産アーク 解析プラットフォーム開発部 伊藤 孝憲 テクニカル・マネージャー、大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 神山 崇 名誉教授、米村 雅雄 元特別准教授、一般財団法人 総合科学研究機構 中性子科学センター 石川 喜久 研究員と共同で、新品と劣化品のリチウムイオン二次電池(LIB)に対する中性子線の透過スペクトル解析による結晶構造イメージング（ブラッグエッジイメージング）計測に新たに開発した解析手法を適用することで、非破壊で電池電極の劣化を可視化し、結晶相の種類と密度の定量に成功した。
中性子線は透過力が高く、LIBの筐体を透過して内部を非破壊で観察することができる。さらに中性子線の透過スペクトルを解析することで、負極材料であるグラファイトなどの結晶構造の情報も得られる。今回本研究グループはグラファイトの結晶配向性を考慮した新規の解析手法を考案し、これを用いることでグラファイト負極へのリチウムイオンの挿入・脱離状態と密度、さらにはその2次元空間分布を可視化し、LIBの新品と劣化品での差異を定量的に明らかにした。本技術を、充放電によるLIBの劣化過程の非破壊かつオペランド観察に活用することで、より高性能な電池開発への貢献が期待できる。なお、この発表の詳細は、科学論文誌 Applied Physics Expressに2022年2月4日（日本時間）にオンライン掲載される。
本研究成果のポイント
・ 透過力の高い中性子線を用いて、非破壊で市販電池内部の不均一な劣化の進行を観測
・ 結晶配向性を考慮した新規解析方法により、充電時の負極材中でのリチウム含有結晶の種類毎の不均一な密度分布が明らかに
・ 充放電サイクル特性向上などのリチウムイオン二次電池の高性能化に貢献
詳しくは プレスリリース をご参照ください。