成果報告書詳細
管理番号20110000000665
タイトル*平成22年度中間年報 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 次世代技術開発 第一原理計算に基づいた次世代イオン伝導材料設計技術の開発3
公開日2012/6/27
報告書年度2010 - 2010
委託先名財団法人ファインセラミックスセンター
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約1. 研究開発の内容及び成果等
[イオン分布とエネルギー状態の第一原理計算]
本テーマでは、イオン伝導体中の伝導イオンや添加元素の空間配置を定量的に評価するため、高精度第一原理計算、クラスター展開法、そして、モンテカルロ統計力学シミュレーションを組み合わせた、イオン伝導体の構造シミュレーションの技術開発にこれまで取り組んできた。平成20・21年度の研究では、LISICON (lithium super-ionic conductor)として知られるγ-Li3PO4型構造を有するLi4-2xZnxGeO4固溶体について、Li とZn の配置を様々に変化させた多数の規則構造に対する系統的な高精度第一原理計算を行った。その結果から、安定構造とはイオンの配置が大きく異なるがエネルギーがあまり高くない構造が多数存在することがわかり、高イオン伝導率を示す可能性のある化合物が有する特徴が明らかとなった。
英文要約Title: Development of High Performance Battery System for Next Generation Vehicles: Development of Materials Designing Technology for Advanced Ionic Conductors Based on First Principles Calculation

Solid electrolyte with a high conductivity of Li-ion is necessary for successful application of all-solid-state Li-ion batteries. High ionic conductivity is a result of high Li-ion mobility in a crystal lattice or glass. However, if changes in the Li-ion configuration of a material result in a large change in energy states, Li ions will become localized and form a stable configuration, i.e. ordered structure, with low Li-ion mobility.
    This year, a series of total energy calculations for beta-type Li2+2xZn1-xGeO4 (LISICON) systems were systematically carried out. The plane-wave-based Projector Augmented Wave (PAW) method implemented in the VASP code was used for all calculations. The crystal structure of beta-LISICON can be viewed as that of beta-Li3PO4 with excess cations, and Ge ions occupying P sites in beta-Li3PO4. Li and Zn ions are spread over Li sites and interstitial sites of the beta-Li3PO4 structure. In our calculations, positions Ge ions in beta-LISICON are fixed at the P positions in beta-Li3PO4. Structure models comprise 264 and 944 different configurations of the Li and Zn ions in Li2ZnGeO4 and Li3Zn0.5GeO4, respectively. 496 configurations of Li ions in Li4GeO4 were constructed. Their geometries were fully optimized by total energy calculations.
    It was found that the most stable geometry for composition Li4GeO4 coincides exactly with the experimental structure of Li4GeO4, confirming the reliability of our method. Our calculations revealed a number of energetically favorable configurations of Li and Zn, energetically equivalent within an energy range of 0.01eV/atom, for Li3Zn0.5GeO4. This result indicates that Li and Zn are partially disordered in beta-Li3Zn0.5GeO4.
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