リチウム電池の電極電解質界面の構造研究

Structural analysis of electrode-electrolyte interface in lithium batteries

菅野 了次*; 平山 雅章*; 鈴木 耕太*; 田村 和久   

Kanno, Ryoji*; Hirayama, Masaaki*; Suzuki, Kota*; Tamura, Kazuhisa

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、軽量化が可能であることから、携帯デバイスから自動車、航空機まで搭載されている電池デバイスである。リチウムイオン電池は利用している化学反応の仕組み上、電池容量には理論的な上限が存在する。一方で、実際の電池性能は、充放電を繰り返すことで低下していくことが知られている。電池性能の低下の原因は電解液と電極材料の界面の構造変化に基づいていることが多い。したがって、電池性能を最大限引き出すには、電解液・電極界面の構造を解析し、何が起きているかを精密に調べる必要がある。そこで本解説では、これまで放射光を用いて電解液・電極界面を調べた結果について紹介する。

Batteries are a key technology in today's society. Since the lithium-ion configuration has been widely accepted, significant efforts have been devoted to attain high energy and power densities to produce an excellent energy storage system without any safety issue. To improve the reliability and power characteristics of batteries, deep insights into the reactions at the electrode/electrolyte interface are necessary. The model systems with epitaxial thin-film electrodes might be suitable for understanding these reactions. The in situ techniques for directly observing surface structural changes of the electrodes have been developed for surface X-ray scattering and neutron reflectivity techniques. These techniques are reviewed and future studies on the interfacial reaction in batteries will be discussed.