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平野 辰巳*; 前田 壮宏*; 村田 徹行*; 山木 孝博*; 松原 英一郎*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 安田 良*; 高松 大郊*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 11(5), p.345 - 353, 2023/10
車載用リチウムイオン二次電池(LIB)のサイクル時の劣化要因として、高い電流レートにおける電池内部の温度上昇、リチウムイオンの正負極間移動にともなう電極の膨張・収縮による応力などが指摘されている。そこで、18650型LIB内部における温度・応力分布を同時に評価した。電流:1Cでの充電時、リチウムイオンの挿入により負極が膨張するため、負極の集電体であるCuは半径方向に圧縮応力が発生する。表面から2mmにおける充電時の半径方向の応力変化は88MPa減少した(圧縮)。一方、放電時において応力変化は98MPa増加し可逆的な変化を示した。高レートな4Cのサイクル充放電により内部温度は表面より10度も高い60度程度まで上昇する現象が確認できた。さらに、表面から6mmにおけるCuに応力が発生しない現象を捉えることに成功した。本結果から、18650型LIB内部における温度・応力分布を同時に評価するオペランド計測技術を確立し、高レートなサイクル充放電が18650LIB中心部の温度上昇の要因であること、および無拘束による電極内周部における膨張収縮がサイクル劣化の要因であることを明らかにした。
平野 辰巳*; 前田 壮宏*; 村田 哲之*; 山木 孝弘*; 松原 英一郎*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 安田 良*; 高松 大郊*
SPring-8/SACLA利用研究成果集(インターネット), 11(1), p.49 - 57, 2023/02
The temperature rise due to high current/power operations and stress caused by the expansion or contraction of electrodes by lithium (de)-intercalation is known to be a degradation factor in lithium-ion batteries (LIBs). Therefore, in this study, a new technique is proposed to simultaneously measure the internal temperature and stress in the 18650-type LIB during its operation. The operando measurement involved retaining a constant gage volume using rotating spiral slits, obtaining X-ray diffraction images using a highly sensitive two-dimensional detector, and employing the sin
method to separate the stress and change in temperature. During the charging process, at the 1C current rate, the anode expansion, owing to the lithium intercalation, induced the radial compressive stress in the Cu anode collector. The radial stress changes of the Cu anode collector were -31 MPa (compression) and 44 MPa (tensile) during the 1C charge and discharge processes, respectively. Moreover, the internal temperature, which was higher than the surface temperature, was calculated by considering the radial stress change during the battery operation. During the 4C cycle, the surface and internal temperatures rose by 26 degree and 42 degree, respectively. The results indicate that the internal temperature and stress in the 18650-LIB were successfully measured during battery operation.
Ni
Mn
CoO
in a lithium-ion battery小西 宏明*; 平野 辰巳*; 高松 大郊*; 軍司 章*; Feng, X.*; 古月 翔*; 奥村 壮文*; 寺田 尚平*; 田村 和久
Journal of Solid State Chemistry, 262, p.294 - 300, 2018/06
被引用回数：9 パーセンタイル：49.17(Chemistry, Inorganic & Nuclear)LiNiMnCoO正極の充電過程において、各SOCでの電極電位は、放電過程より高い。この機構を明らかにするために、様々なSOCにおいて電気化学測定、XRD, XAFS測定を行った。その結果、LiNiMnCoOの格子状数や遷移金属の酸化状態が異なっていることが分かった。また、LiNiMnCoO中に、LiNi
MnCoOやLiMnO
に類似した構造が存在することも明らかになった。
NiMnCoO used for lithium ion batteries小西 宏明*; 平野 辰巳*; 高松 大郊*; 軍司 章*; Feng, X.*; 古月 翔*; 奥村 壮文*; 寺田 尚平*; 田村 和久
Journal of Solid State Chemistry, 258, p.225 - 231, 2018/02
被引用回数：8 パーセンタイル：44.83(Chemistry, Inorganic & Nuclear)リチウムイオン電池の正極材料であるLiNiMnCoOについて、充放電過程における構造変化について調べた。実験結果から、充電過程ではSOCが大きくなるとともに、LiMnO,LiNiMnCoO,LiMnOの順に結構構造が変化するのに対して、放電過程では、LiMnO,LiNiMnCoOの順に結晶構造が変化することが分かった。
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.
Chinese Journal of Physics, 50(2), p.161 - 170, 2012/04
The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world's brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS and MUSE). The user program of MLF has been already started in 2008, and now nine neutron and two muon spectrometers are in operation. Installation of the new reflectometer was expected to be completed in March 2011. However, the construction was interrupted by the massive earthquake hitting northeast Japan, including Tokai-mura where J-PARC is located. We expect to restart the user program of the new polarized neutron reflectometer at the beginning of next year (2012).
平野 辰巳*; 武田 全康
まぐね, 4(1), p.38 - 42, 2009/01
多層膜構造を持つ高性能な磁気デバイスを作るうえで、界面の磁気構造がデバイスの最終性能に与える影響が大きいので、その構造情報を得ることは重要である。この解説記事では、そのような界面の磁気構造情報を解析するための偏極中性子反射率法について解説するとともに、中性子反射率法を用いた磁気デバイスの開発研究の将来像に触れる。
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 平野 辰巳*
no journal, ,
X線,中性子反射率法は、現在、薄膜や多層膜の中の表面や内部に埋もれた界面の構造を調べるために幅広く使われている。中性子はたいていの物質に対して透明であったり、軽元素や磁気に対する感度を有するなど、反射率計に使用するプローブとしては理想的なものである。しかしながら、既存の中性子源で利用可能な中性子の数は、放射光施設で得られる光子の数に比べて少ないため、中性子反射率計の有効性が少なくとも国内では認知されてこなかった。現在、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の一部として建設中の物資・生命科学研究施設(MLF)では、世界で最も強度の高いパルス中性子源の建設が進んでおり、来春に中性子ビームの供給が始まる。われわれは、この施設への偏極中性子反射率計の設置提案を行い、一時審査に合格、現在、詳細設計を進めているところである。設計の際に想定している基本性能と設計の現状について発表を行う。
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 平野 辰巳*
no journal, ,
X線・中性子反射率法は、さまざまな薄膜や多層膜試料の厚さ方向の構造情報の研究に盛んに使われている。この手法では、さらに非鏡面反射プロファイルを解析することによって、表面や埋もれた界面の面内方向の構造情報も調べることができる。そのような、界面の面内構造は、しばしば、新奇な物理現象の発現と密接に結びついており、その現象の機構解明、さらには、その現象を利用したデバイスの高性能化にとって重要である。そのような背景から、われわれは、J-PARCの物質・生命科学研究施設の大強度パルス中性子源に、特に磁気記録デバイスの機能発現の本質である磁気多層膜の界面磁気構造の研究に焦点を当てた、偏極中性子反射率計の設置を提案し詳細な設計を進めている。発表では、この偏極中性子反射率計に求められる基本性能について議論を行う。
平野 辰巳*; 武田 全康
no journal, ,
磁気デバイスの性能は、その基盤となる磁気多層膜の界面磁気構造と密接に関連しているため、磁気デバイスの高性能化のためには界面磁気構造の評価が重要である。この講演では、界面磁気構造の評価手段である偏極中性子反射率法の解説とその将来像について発表する。
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 平野 辰巳*; 鈴木 淳市; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 新井 正敏; 朝岡 秀人
no journal, ,
磁気多層膜の界面構造に起因する特殊な磁性の制御は、磁気デバイスの高性能化にとって重要な因子である。偏極中性子反射率計は、そのような界面磁性を調べることのできる強力な研究手段である。われわれは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に偏極中性子反射率計の設置を計画している。この反射率計を設計するにあたっての基本的な考え方と、期待される性能について発表する。
武田 全康; 山崎 大; 平野 辰巳*
no journal, ,
磁気記録ハードディスクの読み取りヘッド用に開発された磁気多層膜の界面磁気構造は、その磁気構造がデバイス性能に大きく影響を与えるため、読み取りヘッドのさらなる高性能化,高信頼性を得るために必要不可欠な情報である。X線及び中性子を使った反射率法は、そのような界面構造を非破壊的に調べることのできる強力な測定手段である。本講演では、実験室にある典型的なX線反射率計と、最近、日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3のビームホールに設置された偏極中性子反射率計、SUIRENを使った、磁気読み取りヘッド用に開発された磁性多層膜の磁気構造解析例について紹介する。
山崎 大; 武田 全康; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 平野 辰巳*
no journal, ,
偏極中性子反射法は、表面・界面内の磁化ベクトル分布を解析できる手法であり、磁気多層膜の構造解析に主要な役割を果たしてきた。層状の磁気構造はもちろんのこと、最近ではパターンドメディアなど面内の磁気構造解析にも使われておりその重要性はさらに高まっている。また、同位体コントラストを利用してソフトマター,生体膜などの構造解析にとっても重要な手法であり、J-PARCでは既に自由界面,ソフトマターを主対象とした大学共同利用の試料水平型中性子反射率計が設置された。J-PARCでは、続いて一般共用を目的とした表面・界面測定用の偏極中性子反射率計の開発を進めている。本装置は、磁気多層膜をはじめとして、固体,ソフトマター,液体まで含んだ幅広い領域の表面・界面に対応できるよう、高い汎用性を持つ。鏡面反射率による表面・界面の深さ方向の構造解析に加え、非鏡面散乱,斜入射回折により面内方向の構造解析も可能である。本講演では、J-PARC偏極中性子反射率計の概念設計,装置シミュレーションの現状,今後の建設計画などを報告する。
山崎 大; 武田 全康; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 平野 辰巳*; 鈴木 淳市; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏
no journal, ,
日本原子力研究開発機構では、大強度陽子加速器施設J-PARCの物質生命科学実験施設第17ビームラインにおいて汎用中性子反射率計の建設を開始した。この新反射率計は共用促進法に基づく一般施設共用装置であり、平成22年度中の完成を予定している。試料は垂直配置であり、自由表面・界面以外であれば、金属材料,磁性材料,超伝導材料,高分子材料,生体高分子等のさまざまな物質からなる薄膜の凝集構造,高次構造,中長距離秩序の解析だけでなく、表面・界面に特有な原子構造レベルの解析に利用することができる。本装置の主な特徴は、ビームラインの上流部にパルス中性子用偏極素子・集光システムが設置され、容易に偏極・集光ビームを用いた実験が可能になること、さらに複数の種類の検出器を配置することにより、幅広い空間スケール(約0.1nm
数
m)において、基礎科学や産業応用に重要な多種多様な薄膜の構造解析が可能になることである。本講演ではこの新反射率計の詳細仕様とシミュレーション結果などについて紹介する。
武田 全康; 丸山 龍治; 相澤 一也; 新井 正敏; 金子 耕士; 中谷 健; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 鈴谷 賢太郎; 高橋 伸明; et al.
no journal, ,
A new polarized neutron reflectometer is now under construction at Materials and Life Science Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has an intense pulsed neutron source, and the user program has been already started in 2009 using 8 spectrometers. Installation of the new reflectometer is expected to be completed on March 2011. The outline design specification of this new polarized neutron reflectometer will be presented at the conference.
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 平野 辰巳*
no journal, ,
Most of magnetic devices such as read heads and magnetic recording media have the multilayer structures. Magnetic structural information on the interfaces in these devices is the key to achieve the high performance. Polarized neutron reflectometry is a unique and nondestructive tool to determine the magnetic interfacial structures. A new polarized neutron reflectometer will be installed at Materials and Life Science Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has an intense pulsed neutron source, and the user program has been already started in 2009 using 8 spectrometers. Installation of the new reflectometer is expected to be completed on March 2011. The outline design specification of this new polarized neutron reflectometer will be presented at the conference.
武田 全康; 山崎 大; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 曽山 和彦; 山崎 竜也; 平野 辰巳*; 及川 健一; 田村 格良; 坂佐井 馨; et al.
no journal, ,
日本原子力研究開発機構では、大強度陽子加速器施設J-PARCの物質生命科学実験施設第17ビームライン(BL17)において汎用中性子反射率計の建設を行っている。この新反射率計は共用促進法に基づく一般施設共用装置であり、平成22年度中の完成を予定している。試料は垂直配置であり、自由表面・界面以外であれば、金属材料,磁性材料,超伝導材料,高分子材料,生体高分子等のさまざまな物質からなる薄膜の凝集構造,高次構造,中長距離秩序の解析だけでなく、表面・界面に特有な原子構造レベルの解析に利用することができる。本装置の主な特徴は、ビームラインの上流部にパルス中性子用偏極素子・集光システムが設置され、容易に偏極・集光ビームを用いた実験が可能になること、さらに複数の種類の検出器を配置することにより、幅広い空間スケール(約0.1nm数m)において、基礎科学や産業応用に重要な多種多様な薄膜の構造解析が可能になることである。本講演では、BL17反射率計の詳細仕様及び建設の現状について報告する。
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 稲村 泰弘; et al.
no journal, ,
The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS & MUSE). At the conference, the outline design specification and the present situation of this new polarized neutron reflectometer will be presented, and perspective view of the international collaboration on this reflectometer will also be discussed.
久保田 正人; 武田 全康; 山崎 大; 林田 洋寿; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; et al.
no journal, ,
MLFのビームライン17に垂直型偏極中性子反射率計(SHARAKU:写楽)の設置を進めてきたが、2012年2月より一般共用実験を開始する運びとなった。この中性子反射率計は、試料を垂直に設置して測定を行うため、気液界面のような自由界面の測定はできないが、偏極中性子の利用が可能であること、超伝導マグネット,常伝導マグネット(1T)や4K冷凍機,希釈冷凍機といった温度制御や磁場印加に必要な試料環境が備えられており、磁性多層膜の研究、特に、交換結合膜や酸化物磁性材料などにおける表面・界面付近の磁性が物性に果たす役割を解明するうえで必要な、詳細な磁性情報を捉えることが可能である。本発表では、この中性子反射率計の現状と今後の研究展望について発表する。
武田 全康; 山崎 大; 林田 洋寿; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 久保田 正人; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; et al.
no journal, ,
J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)のBL17で建設を進めてきた試料垂直型偏極中性子反射率計「写楽」が2012年1月より稼働を始め、3月には共用運転を開始する。「写楽」は共用促進法に基づく一般施設共用装置であり、自由表面・界面以外であれば、金属・磁性薄膜、超電導薄膜、高分子膜、生体膜などさまざまな物質からなる薄膜の凝集構造,高次構造,中長距離秩序の解析だけでなく、表面・界面に特有な原子構造レベルの解析に利用することができる。本装置のおもな特徴は、ビームラインの上流部にパルス中性子用偏極素子・集光システムが設置され、容易に偏極・集光ビームを用いた実験が可能になること、さらに複数の種類の検出器を配置することにより、幅広い空間スケール(約0.1nm-数m)において、基礎科学や産業応用に重要な多種多様な薄膜の構造解析が可能になることである。試料環境として超電導マグネット(7T)、常伝導磁石(1T)、冷凍機(4K, mK)が使用可能であり、近い将来には面内構造解析を目的とした斜入射散乱(GID, GISANS)の測定モードも整備される予定である。本講演では、この偏極中性子反射率計「写楽」のコミッショニングの現状、及び初期の測定結果について報告する。
武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.
no journal, ,
A new polarized neutron reflectometer has been installed at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The user program of this reflectometer has been already started in February 2012 although it is still at the early commissioning stage. At the conference, the outline design specification and the basic performance of this reflectometer will be presented.
