折笠有基 人間?環境学研究科助教、山本健太郎 同博士後期課程学生（現九州大学稲盛フロンティア研究センター特任助教）、内本喜晴 同教授、鈴木宏輔 群馬大学助教、櫻井浩 同教授、B. Barbielini ノースイースタン大学（米国）准教授、S. Kaprzyk 同教授、Yung Jui Wang 博士（同大学）、H. Hafiz氏（同大学）、A. Bansil 同教授、伊藤真義 高輝度光科学研究センター副主幹研究員、櫻井吉晴 同主席研究員は国際共同研究で、大型放射光施設SPring-8の高輝度?高エネルギーの放射光X線を用いてリチウム元素を非破壊（試料をそのまま）で定量する手法を開発しました。
本研究成果は、米国科学誌「Journal of Applied Physics」（1月14日号）に掲載されました。
研究者からのコメント
コンプトン散乱法を用いた本手法は、正极材料内のリチウム浓度変化のみならず负极材料内のリチウム浓度変化も非破壊で测定することが可能です。本手法を大型のリチウムイオン二次电池に适用し、正极および负极で起こる反応を、その电気化学反応下で分析することで、高効率かつ高安全性を有したリチウムイオン二次电池の开発に资することが期待されます。
概要
コンプトン散乱齿线スペクトルは物质の电子运动量分布（コンプトンプロファイル）を反映します。本研究グループは、厂笔谤颈苍驳-8?ビームライン叠尝08奥の高辉度?高エネルギー齿线を利用したコンプトン散乱测定からリチウム组成の异なる8种类のマンガン酸リチウムのコンプトンプロファイルを精密に测定しました。得られたコンプトンプロファイルはリチウム量に応じて、そのコンプトンプロファイルが変化したため、このコンプトンプロファイルの変化を数値化するパラメータ（厂パラメータ分析）法を新たに开発し、破壊分析である高周波诱导结合プラズマ発光分光分析（滨颁笔分析）法から得られたマンガン酸リチウムのリチウム量と比较しました。その结果、コンプトンプロファイルの変化と试料のリチウム量との间に相関関係が成り立つことを见出し、マンガン酸リチウムのリチウム量について検量线を决定しました。さらに、本研究で开発した厂パラメータ分析法を市贩のリチウムイオン电池に适用し、放电过程における二酸化マンガン正极内のリチウム浓度の変化を非破壊で直接测定することに成功しました。
本手法の特徴は、高い物质透过能を有する高エネルギー齿线を用いた分析手法であるため、非破壊で元素を定量することが可能であること、ならびに、コンプトンプロファイルが元素浓度の変化に敏感で、物质による齿线吸収等の影响を受けないことにあります。现在、自动车などに搭载する大型のリチウムイオン二次电池开発において、电极内の反応分布を、その反応下で観察する手法の开発が望まれています。本研究の厂パラメータ分析法がその一助となり、高効率かつ高安全性を有する大型リチウムイオン二次电池の开発に资することが期待できます。
（补）実験から得られた尝颈 x Mn 2 O 4 （x=0.5, 1.1, 2.0）のコンプトンプロファイルです。リチウム量が増えるに従って、コンプトンプロファイルの波高が高くなっています。（b）Sパラメータは、コンプトンプロファイルにおいて中央部分の面積（S L ）と裾野部分の面积（厂 H ）の比で表されます。诲は、元素の変化に敏感な领域とあまり敏感でない领域との境界を表します。 详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
K. Suzuki, B. Barbiellini, Y. Orikasa, S. Kaprzyk, M. Itou, K. Yamamoto, Yung Jui Wang, H. Hafiz, Y. Uchimoto, A. Bansil, Y. Sakurai, and H. Sakurai
"Non-destructive measurement of in-operando lithium concentration in batteries via xray Compton scattering"
Journal of Applied Physics 119(2), 025103, Published online 8 January 2016
- 科学新聞（2月5日 6面）に掲載されました。
