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摘 要：日本综合科学研究机构（CORSS）中子科学中心、东京理科大学等组成的研究小组利用安装在日本高强度质子加速器研究中心（J-PARC）的材料和生命科学实验设施（MLF）的通用µSR实验装置（ARTEMIS），在世界上首次成功测量了充放电过程中锂电池内正极中的锂离子的“自扩散系数”。在μSR测量的同时，通过电化学测量，测量了材料特有的扩散系数；此外，对由电极制造方法决定的电化学反应面积在充放电过程中的变化进行了阐明。这将为寻找下一代电池材料和优化电极的制造方法作出贡献。
关键字：锂离子电池、扩散系数、μSR测量、下一代电池材料、电极优化、电化学反应面积
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采用μ子自旋弛豫方法在世界上首次测量了充放电过程中锂电池内正极中的锂离子扩散系数
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有望为寻找下一代电池材料和优化电极的制造方法作出贡献
在包括锂离子电池在内的离子电池中，内部的离子带有电荷。因此，了解离子的运动（扩散）对于从根本上了解电池反应和开发新电池材料至关重要。该离子扩散系数对于确定电池的性能极为重要，传统上是使用电化学方法进行测量。但是，由于该方法受电极制造方法和充放电状态等的影响很大，因此难以获得材料特有的扩散系数。
获得材料特有的扩散系数的方法有核磁共振波谱法(NMR)、中子准弹性散射法、穆斯堡尔法等，但任何一种方法都存在有元素、扩散的时间尺度和温度范围等限制。相比之下，本研究中使用的μ子自旋弛豫方法（µSR）可以在适当的时间尺度上测量材料特有的锂离子扩散系数。即使在含有磁性元素的化合物中，µSR也可以捕获锂离子的扩散。但是，迄今为止的µSR测量都是对从电池中取出的电极进行测量，目前还没有研究充放电过程中锂电池内锂离子扩散的案例。