Mechanistic studies on lithium intercalation in a lithium-rich layered material using LiRuO epitaxial film electrodes and surface X-ray analysis

その場X線測定を用いたリチウムリッチ層状材料におけるリチウムインターカレーションに関する研究

田港 聡*; 平山 雅章*; 鈴木 耕太*; Kim, K.-S.*; Zheng, Y.*; 田村 和久   ; 水木 純一郎; 菅野 了次*

Taminato, So*; Hirayama, Masaaki*; Suzuki, Kota*; Kim, K.-S.*; Zheng, Y.*; Tamura, Kazuhisa; Mizuki, Junichiro; Kanno, Ryoji*

リチウムリッチな層状化合物の表面構造とインターカレーション過程との関係を、X線構造解析手法を用いて調べた。これまでの電気化学測定から、3次元的に拡散するパスがあり、かつ電池容量は、(010)面より(001)面が露出している方が大きいことが分かっている。このことについて、X線回折やXAFS測定により電極表面構造の変化を追跡した結果、(010)面の構造変化は不可逆である一方、(001)面の構造変化は可逆であることが分かった。

The surface structure of a lithium-rich layered material and its relation to intercalation properties were investigated by synchrotron X-ray surface structural analyses using LiRuO epitaxial-film model electrodes with different lattice planes of (010) and (001). Electrochemical charge-discharge measurements confirmed reversible lithium intercalation activity through both planes, corresponding to three-dimensional lithium diffusion within the LiRuO. The (001) plane exhibited higher discharge capacities compared to the (010) plane under high rate operation (over 5 C). Direct observations of surface structural changes by surface X-ray diffraction (XRD) and surface X-ray absorption near edge structure (XANES) established that an irreversible phase change occurs at the (010) surface during the first (de)intercalation process, whereas reversible structural changes take place at the (001) surface.