Fig. 1: Real-time observation of lithium ions in cathode materials of the bulk-type all-solid-state batteries.
(a) STEM image and corresponding lithium maps showing the lithium dynamics during high-speed charging. The black and white broken lines indicate the crystal grain boundaries of primary cathode particles.
(b) Relaxed distribution of lithium following the high-speed charging.
(c) Lithium distribution following low-speed charging. (Figures have been partially modified and reproduced with permission from the below-mentioned article *a. Copyright 2020 American Chemical Society.)
Fig. 2: Real-time observation of lithium ions in thin-film-type all-solid-state batteries.
(a) (in column) STEM images.
(b) Noisy, low-resolution images showing lithium distribution, recorded at a high scanning speed condition.
(c) Images calculated from (b) using spectral fitting, showing lithium distribution with noise reduction.
(d) Images from (c) using sparse coding, showing super-resolved lithium distribution without noise.
(Figures have been partially modified and reproduced from the below-mentioned article *b. Copyright 2020 Springer Nature.)
パナソニック：リチウムイオンの動き可視化：全固体電池の充放電（動画）：
Panasonic: Visual of lithium ion movement: of all solid state batteries：
松下：可视化的锂离子运动：所有固态电池的充电/放电
ー薄膜型とバルク型の解析を可能にー
パナソニック：
ファインセラミックスセンター（JFCC）、名古屋大学未来材料・システム研究所と
共同で、全固体電池の充放電中におけるリチウムイオンの動きを、ナノメートルの分解能でリアルタイムに観察する技術を開発しました。
透過電子顕微鏡と機械学習でリアルタイムに観察します。
全固体リチウムイオン電池：
高い安全性とエネルギー密度を実現でき、次世代の二次電池として期待されています。
今後、より高性能な電池開発には、電池内部のリチウムイオンの動きを正確に理解する必要があるとのこと。
オペランド透過電子顕微鏡解析技術：
パナソニックとJFCC、名古屋大学はこれまで、薄膜型全固体電池内部におけるリチウムイオンの動きを可視化できる「オペランド透過電子顕微鏡解析技術」を共同で開発。
バルク型全固体電池に応用：
- 今回、この技術をバルク型全固体電池に応用。
- 併せて、画像撮影時間を大幅に短縮。
- 従来、1画像当たり15分も要していたが、これを30秒に短縮。
この結果、薄膜型とバルク型の全固体電池について、
- 内部を流れるリチウムイオンの動きを
- ナノメートルの空間分解能で、
- リアルタイムに観測できるようになった。
開発した技術：
これにより、リチウムイオンが複雑な拡散過程で、充放電していることが解明された。
- この研究成果を活用すれば、
- 内部抵抗が低い電池の設計が可能となり、
- 高性能な全固体電池を実現できるという。
EE Times Japan
https://eetimes.jp/ee/spv/2007/14/news035.html
Panasonic Announces Development of Real Time Observation Technique to Reveal Lithium-Ion Dynamics During Charge and Discharge in All-Solid-State Batteries |
Osaka, Japan – On July 9, 2020,
Panasonic Corporation
announced development of technique to visualize lithium-ion dynamics in all-solid-state batteries on a nanometer scale in real time, in collaboration with
Japan Fine Ceramics Center (JFCC) and Institute of Materials and Systems for Sustainability,
Nagoya University.
The technique, which makes use of scanning transmission electron microscopy (STEM) and machine learning, was applied to both bulk-type and thin-film-type all-solid-state lithium ion batteries.
This technique
has enabled the visualization of lithium ion transfer resistance, which has revealed that the lithium ions are charged and discharged with complex diffusion processes,
and their movements
are disturbed at crystal grain boundaries within cathode materials. These findings clarified the criteria for designing high-performance all-solid-state batteries, and will therefore make huge contributions to their future development.
These research results
were published in the online version of ACS Energy Letters (May 27, 2020) and the online version of Nature Communications (June 4, 2020).
Both studies were partially supported by a Grant-in-Aid for Scientific Research KAKENHI (JP17H02792) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).
Panasonic Newsroom Global grain boundaries within cathode materials. These findings clarified the criteria for designing high-performance all-solid-state batteries, and will therefore make huge contributions to their future development.
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