群馬大学、京都大学、高輝度光科学研究センター、科学技術振興機構は、大型放射光施設SPring-8の高輝度・高エネルギーの放射光X線を使ってマンガン酸リチウムにおけるリチウムイオン二次電池の電池電極反応に寄与する電子軌道の正体を解明した。
研究グループは、SPring-8・ビームラインBL08Wの高輝度・高エネルギーX線を利用してコンプトン散乱測定によりリチウムイオン挿入におけるマンガン酸リチウムの電子運動量分布（コンプトンプロファイル）の変化を精密に測定し、第一原理計算と比較した。
この結果、リチウムイオンがマンガン酸母材に入ると、酸素の2p電子が増加する一方で、マンガン原子の価数はほとんど変化しないことを発見した。これは、マンガン酸リチウムの正極反応として一般的に考えられている「マンガン原子の価数が四価から三価へ変わる現象」は起きていないことを示している。
今回の研究成果は、電極反応メカニズムの詳細を明らかにするとともに、リチウムイオン二次電池の電極材料設計に新たな知見を与える可能性がある。
今回の研究成果は、近く米国科学誌「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載される予定。
