推進協 第2回SPring-8放射光利用技術研究会
SPRUC企業利用研究会
JASRI 第83回SPring-8先端利用技術ワークショップ「SPring-8-Ⅱに向けたビームライン再編案およびコンプトン散乱分析技術」

2022年10月17日
オンライン

１．コンプトン散乱の概要 50分
群馬大学理工学府電子情報部門
櫻井 浩
sakuraih@gunma-u.ac.jp

２．コンプトン散乱イメージングの応用事例
JASRI

辻成希

OutlinesI.

コンプトン散乱から何がわかるか

II.リチウムイオン電池正極材料の電子状態〇酸化還元軌道は？
〇磁気コンプトン散乱からわかること
III. Liイオン電池の非破壊評価

OutlinesI.

コンプトン散乱から何がわかるか

II.リチウムイオン電池正極材料の電子状態〇酸化還元軌道は？
〇磁気コンプトン散乱からわかること
III. Liイオン電池の非破壊評価

I.コンプトン散乱で何がわかるか～コンプトン散乱発見から100年

Phys. Rev. 21, p. 483 (1923)

Phys. Rev. 22, p. 409 (1923)

A. H. Compton
A radiation quantum carries with it
directed momentum as well as energy.
ℎν𝑐

λ0λθ

１９２７年、コンプトン効果の発見
にてノーベル物理学賞受賞

最初の電子の速度はゼロとして計算
高校物理の教科書・量子力学の教科書
4コンプトン散乱で電子の速度を考慮

Phys. Rev. 33, p. 643 (1929)

Compton scattering experiment of Be metal

J. W. M. DuMond
固体中の電子は FermiDirac 統計に従う
最初の直接的実験

Fermi-Diracdistribution
BestFree atom bywave
mechanics
BetterMaxwellBoltzman
distributionNG

BohrSommerfeld
model
NG

コンプトン散乱エネルギースペクトルはコンプトンプロファイルとよばれる

コンプトン散乱を利用すると物質中の電子の運動量が測れる
𝜔
光子のエネルギー ℎν = h2𝜋 = ħ𝜔

光子の運動量ℎνℎ 2𝜋== ħk𝑐2π λ21𝑝𝑚𝑣 2 =電子のエネルギー22𝑚

電子の運動量𝐩

散乱前
運動量保存則エネルギー保存側

K  k  k'

散乱後ħ𝐤 + 𝐩 = ħ𝐤′ + 𝐩′𝑝2𝑝′2ħ𝜔 += ħ𝜔′ +2𝑚2𝑚

Kは散乱ベクトル, z方向|ħ𝐊|2|ħ𝐊𝐩|2′ħ𝜔 = ħ𝜔 − (+)
2𝑚2𝑚

止まっている電子のコンプトン散乱X線

高速で動く電子の運動量のz成分：

ピークの幅

コンプトン散乱X線のエネルギースペクトル→電子の運動量のz成分:コンプトンプロファイル

コンプトンプロファイル
コンプトン散乱X線のエネルギースペクトル=コンプトンプロファイル, J(pz)[105] 2Compton scattering X-ray
98.3keVcounts/130min.

Xe K

横軸エネルギーで測るとXe K

λ’elastic scatteing X-ray
121.7keV

1Pb K
Pb KPb K

0050100
energy/keV

λ23.4keV
150|ħ𝐊|2|ħ𝐊𝐩|2′
ħ𝜔 = ħ𝜔 − (+)
2𝑚2𝑚|ħ𝐊|2|ħ𝐊𝐩|2′
ħ𝜔 = ħ𝜔 − (+) =121.7keV-(23.4keV+ΔkeV)
2𝑚2𝑚

横軸
エネル
コンプトン散乱X線のギーピーク
電子運動量=0

電子運動量によるコンプトン散乱X線の広がり
ΔkeV=電子運動量d σ
縦軸 r02(ε1·ε2*)2(ω’/ω)(m/ℏ|K|) J(pz)
散乱強度 dΩd 'ただしpz=Kp2ΔkeV

コンプトン散乱X線のエネルギースペクトル
コンプトンプロファイル, J(pz)J(Pz)[105] 2Compton scattering X-ray
98.3keVcounts/130min.

Xe K

Px

Xe Kn(p)elastic scatteing X-ray
121.7keV

1Pz

Pb K
Pb K

PyPb K

0050

100
energy/keV

Pz150

エネルギーは電子運動量に対応
𝜔𝜔′𝜔′−𝜔+(𝑝𝑧
2 1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃 )𝑚𝑐=
𝑚𝑐
𝜔2 + 𝜔′2 − 2𝜔𝜔′𝑐𝑜𝑠𝜃J(pz)=‫𝑦𝑝𝑑𝑥𝑝𝑑 𝐩 𝑛 ׭‬𝑛 𝐩 = Φ(𝐩) 2 運動量空間の波動関数Φ(p)31
Φ 𝐩 =න Ψ 𝐫 exp 𝑖𝐩𝐫 𝑑𝐫
2𝜋
波動関数Ψ(r)のフーリエ変換がΦ(p)運動量・エネルギー保存則

J(pz)は波動関数Ψ(r)を反映

コンプトン散乱X線のエネルギースペクトル
コンプトンプロファイル, J(pz)

J(Pz)

J(pz)=‫𝑦𝑝𝑑𝑥𝑝𝑑 𝐩 𝑛 ׭‬Px𝑛 𝐩 = Φ(𝐩) 231
Φ 𝐩 =න Ψ 𝐫 exp 𝑖𝐩𝐫 𝑑𝐫
2𝜋Ψ(r)=Rn, l (r)Yl, m (𝜃, 𝜑)

フーリエ変換Pzn(p)PzPy

χ(p)=Pn, l (p)Yl, m (𝜃, 𝜑)

フーリエ変換実空間と運動量空間の波動関数の対称性は同じ実空間で広い成分は運動量空間で狭い⇒化学結合が観測しやすいコンプトン散乱X線のエネルギースペクトル
コンプトンプロファイル, J(pz)

J(Pz)

J(pz)=‫𝑦𝑝𝑑𝑥𝑝𝑑 𝐩 𝑛 ׭‬Px𝑛 𝐩 = Φ(𝐩) 231
Φ 𝐩 =න Ψ 𝐫 exp 𝑖𝐩𝐫 𝑑𝐫2𝜋
Ψ(r)=Rn, l (r)Yl, m (𝜃, 𝜑)

フーリエ変換Pzn(p)PzPy

χ(p)=Pn, l (p)Yl, m (𝜃, 𝜑)

コンプトンプロファイルは運動量密度n(p)の2重積分＝断面積を観測。
結晶の方向をかえてコンプトンプロファイルを観測→運動量密度の外形＝化学結合の形がわかる

化学結合の形を観測（金属ならFermi面）

OutlinesI.

コンプトン散乱から何がわかるか

II.リチウムイオン電池正極材料の電子状態〇酸化還元軌道は？
〇磁気コンプトン散乱からわかること
III. Liイオン電池の非破壊評価

II.リチウムイオン電池正極材料の電子状態～酸化還元軌道は？
リチウムイオン電池の需要

リチウムイオン電池の市場調査結果 出典：富士経済（2021年1月22日）

2050年までに、温室効果ガスの排出を全体としてゼロにする、すなわち2050年カーボンニュートラル、脱炭素社会の実現を目指す

欧州中心に2025－2030年に販売禁止へ。日本も2030年代半
ばに新車販売を電動車に〇航続距離の増加のためには、体積エネルギー密度の高い電池〇充放電サイクル安定性〇再エネ＋蓄電技術
D. Larcher& J-M. Tarascon, Nature Chem. 7, 19-29 (2015)

Liイオン電池の正極材料～スピネルLixMn2O4
LixMn2O4 はLiイオン電池正極材料として実用化

利点〇４V級〇LiCoO2比較して資源的コスト
毒性が低い
Ikuta et. al. Nippon Kagaku Kaishi,
vol. 2002, No.3, p. 271 (2002)

欠点
充放電サイクルを繰り返すと蓄電容量が低下する

Capacity loss従来考えられていた蓄電容量低下の原因
充放電容量低下の原因は構造変化(Mn3+ のJahn-Teller-like distortions)
正極の酸化還元反応
Lithiation(discharge)

Li++e-+(Mn4+Mn4+)O2-4

Li+(Mn3+Mn4+)O2-4

Li+Mn2O4

LiMn2O4

delithiation(charge)

酸化還元軌道はMn 3d ？
theoretically by FP-LMTO (G. E. Grechnev et al.: PRB65, 174408 (2002)
experimentally by EXAFS, XANES (Y. Shiraishi et al.: J. Solid State Chem. 133 587(1997) )LixMn2O4の電子構造の研究
イオン結合的視点

 EXAFS, XANES
実験

Redox of Mn4+↔Mn3+
Y. Shiraishi et al.: J. Solid State Chem.
133 (1997) 587)

Redox orbitals are
Mn3dt2g理論

LMTO-ASA (H. Berg et al.: J. Mater. Chem.
9 (1999) 2813)
FP-LMTO(G. E. Grechnev et al.: Phys. Rev.
B65 (2002) 174408)

共有結合的視点 ARPES
Covalent picture:hybridization of Mn3d-O2p
J. Li et al.: Appl. Phy. A100, 541((2010)

Redox orbitals are O2p
DV-X (Y. Liu et al.: Solid State Ionics 126(1999) 209)

酸化還元軌道はMn3d 軌道か？ O2p 軌道か？

コンプトンプロファイルのモデル計算
0.5J(pz) (a.u. -1)

O2p は狭い運動量分布

Atomic O 2p0.4

Atomic Mn 3d0.30.2

Mn3d は広い運動量分布0.1001234pz (a.u.)56

コンプトンプロファイルの測定で酸化還元軌道はO2p 軌道かMn3d 軌道か区別できる
LixMn2O4 (0<x<1)のコンプトンプロファイルの実験とKKR-CPA 計算

コンプトン散乱測定装置 BL08W@ SPring-8
Momentum resolution 0.1 a.u.

165°

高分解能コンプトン・スペクトロメーター
Cauchois-type X-ray Spectrometer
Ｘ線イメージ・インテンシファイアー

湾曲Ge結晶アナラーザー

入射X線：(1) 115.6 keV(2) 直線/楕円偏光

LixMn2O4のコンプトンプロファイル（Li1.079Mn2O4）

Energy spectrum ofCompton scattering X-rays

Compton profile
15

エネルギーを運動量に変換
𝜔𝜔′𝜔′−𝜔+(𝑝𝑧
2 1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃 )𝑚𝑐=
𝑚𝑐
𝜔2 + 𝜔′2 − 2𝜔𝜔′𝑐𝑜𝑠𝜃

642070散乱断面積補正7580
energy (keV)

8590

d 2σ
dΩ d 'r02(ε1·ε2*)2(ω’/ω)(m/ℏ|K|) J(pz)
ただしpz=KpJ(pz)(electrons/au)

normarized intensity (arb. unit)[10-3] 810500

123pz(au)456

LixMn2O4 におけるLi挿入の効果～差の解析J  pz   J  pz x1.079  J  pz x0.496

コンプトン散乱実験とKKR-CPA理論計算の比較
0.8

J(pz) (a.u.-1)

J(pz) (a.u.-1)

0.4
0.30.2Exp. (x=1.079-0.495)
Exp. (x=1.233-1.079)

0.6

Theory (x=1.0-0.5)
Theory (x=1.2-1.0)

0.40.200.1

543pz (a.u.)

2106

TheoryExp. (x=1.079-0.495)

00123456pz (a.u.)

実験と理論計算はよく一致する

LixMn2O4 におけるLi挿入の効果～差の解析J  pz   J  pz x1.079  J  pz x0.496

0.5①狭い成分、O 2p？

Atomic O 2p0.4

0.6J(pz) (a.u. -1)

normarized J(pz) (a.u.-1)

0.8

0.4

②広い成分はMn3d？
0.2

Atomic Mn 3d0.3
0.20.10001243pz (a.u.)

5601234pz (a.u.)56

LixMn2O4 におけるLi挿入の効果～差の解析J  pz   J  pz x1.079  J  pz x0.496

normarized J(pz) (a.u.-1)

0.8

J(pz)

0.6①狭い成分増加、O 2p？

0.40.2001234pz (a.u.)

56238
MnとOのMuffin tin radius 1.66a.u.

Numbers of electrons at O siteand outside muffin tin

Numbers of electrons at Mn site

KKR-CPAで計算した電子数

22.57.522721.5
210Mn site
O siteOutside muffin tin

0.51
Li concentrarion x

Mn 3d の電子数はLi濃度に依存しない

6.5
61.5muffin tin sphere外部の電子（O2p）はLi濃度に依存

酸化還元軌道はMn3dでなくO2p

LixMn2O4 におけるLi挿入の効果～差の解析J  pz   J  pz x1.079  J  pz x0.496

normarized J(pz) (a.u.-1)

0.8

J(pz)

0.60.4②広い成分はMn 3d？

0.2001234pz (a.u.)56

LixMn2O4の磁気モーメント
最近の実験

2.8Magnetic moment(Mn magnetic moment (B)

KKR-CPA計算

2.7
2.6
2.5
2.403.6
3.4
3.2
32.8
00.2

0.4

0.6

0.8

1x in LixMn2O4
0.5
1Li concentration x1.5

Mukai et. al., J. Solid StateChem., 184 1096(2011)

磁化測定の報告と KKR-CPA 計算が一致
Li挿入でマイノリティバンドからマジョリティバンドに電子が移動。磁気モーメント増加

Li挿入でMn3d電子の非局在化

Mn3d電子の非局在化の効果
有効核電荷を変えたコンプトンプロファイルのモデル計算
MnMn3d3dforfor
LixMn2O4
LixMn2O4(Zeff=7.0):
delocalized
Mn 3d for Mn
2 O4
Mn 3d for Mn2O4(Zeff = 7.5): localized

0.4
0.3
0.2

0.8

The model calculation

0.6-1

J(pz) (a.u. )J(pz) (a.u.-1)

0.5

0.1

J(pz) (a.u.-1)

00.1
0.05

0.4
0.2

00-0.05

0-0.1

01

2

34pz (a.u.)561

234pz (a.u.)56

モデル計算は pz=2a.u.～5a.u. 付近の様子を再現
K. Suzuki et al., PRL 114, 087401 (2015)

Li挿入で Mn 3d の非局在化

結論
スピネル系LiMn2O4正極材料の酸化還元軌道はMn3d 軌道か？
O2p 軌道か？

Li++e-+(Mn4+Mn4+)O2-4 ⇔Li+(Mn3+Mn4+)O2-4

K. Suzuki et al., PRL 114, 087401 (2015)〇スピネル系LiMn2O4正極材料の酸化還元軌道は O2p 軌道〇Li挿入に伴いMn3d電子が非局在化（マイノリティからマジョリティーに電子移動）⇒磁気コンプトン散乱

さらに体積エネルギー密度の高い正極材料はないか？
Li1.2-xTi0.4Mn0.4O2
Yabuuchi et al., Nat.
Commun.. 7, 13814(2016)

2021年6月10日

大石、化学と教育68, p130(2020)

O2p軌道の孤立電子が酸化還元軌道
Li挿入に伴いMn 3dt2g軌道が局在化
K. Suzuki et al. Nature 594, p213 (2021)

OutlinesI.

コンプトン散乱から何がわかるか

II.リチウムイオン電池正極材料の電子状態〇酸化還元軌道は？
〇磁気コンプトン散乱からわかること
III. Liイオン電池の非破壊評価

磁気コンプトン散乱
円偏光X線→コンプトン散乱がスピンに依存する
N.Sakai and K.Ono, PRL37, p.351(1976)
電磁場のハミルトニアン。相対論的効果を摂動項で近似。スピンに依存する項あり。
21 eeeeH s


A(r)
s

E(r)
p
A(r j )  p j  A(r j )   V (rij ) jjjj
2  jcmc j2(mc) jc

j 2m j

相対論的効果を考慮したコンプトン散乱の散乱断面積。
d 22  ** r0 2  (εˆ1  εˆ 2 ) 2  (nmaj (P)  nmin (P))dpx dp y  2 12 (Im[(εˆ1  εˆ 2 )* Bz ]) (nmaj (P)  nmin (P))dpx dp y dd2
1 mc

円偏光を使えば磁気コンプトンプロファイル Jmag(pz)観測可能

J mag ( p z )   (nmaj (p)  nmin (p))dp x dp y
アップスピン（マジョリティ）の数とダウンスピン（マイノリティ）の数に差がある物質→磁石

磁気コンプトン散乱法によるLixMn2O4電極材料のMn 3d電子状態
H. Hafiz1, K. Suzuki2, B. Barbiellini3,1, Y. Orikasa4, S. Kaprzyk5,1, N. Tsuji6, K. Yamamoto7,A. Terasaka2, K. Hoshi2, Y. Uchimoto7, Y. Sakurai6, H. Sakurai2, and A. Bansil1
1Northeastern Univ., 2Gunma Univ., 3LUT Univ., 4Ritsumeikan Univ.,
5AGH Univ. of Sci. and Tech., 6JASRI SPring-8, 7Kyoto Univ.,

182.6 keV
楕円偏光X線

LixMn2O4から得られた磁気コンプトンプロファイル(MCP)を、第一原理計算と比較し以下を得た。
(1) リチウム組成0 < x < 1でフェリ磁性が発現する。
〇x=1 でVerwey転移(2) フェリ磁性の発現は、一部のMn4+のスピン転移に起因する。
〇Verwey転移が起きないように(3) Mn 3d軌道は主にt2gの対称性を有する。
磁気コンプトンプロファイル
0.250.41

Mn O24

Li 0.50 Mn 2 O 4-1

Jmag (p z) (a.u. )Li0.2する⇒有効磁場を付与すればスピネル系電池の寿命が増大？

磁気構造モデルLi 0.92 Mn 2 O 40.15

Mn 3d電子軌道の再構成(a)0.1(a)(b)

0.05
00246p (a.u.)z

スピン磁気モーメント

Magnetic moment (B/Mn)

1Theory
SQUID
MCP

0.80.6

æm öI -I
R = + - = A ç spin ÷
I+ + Iè N ø

0.4
0.2
000.2

0.4

0.6

Li concentration, x0.8

1H. Hafiz et al., Phys. Rev. B 100, 205104 (2019).

OutlinesI.

コンプトン散乱から何がわかるか

II.リチウムイオン電池正極材料の電子状態〇酸化還元軌道は？
〇磁気コンプトン散乱からわかること
III. Liイオン電池の非破壊評価

III. Liイオン電池の非破壊評価

透過Ｘ線イメージング/Ｘ線トモグラフィー（ＣＴ）装置
非破壊で内部の構造がわかる
空間分解能： 1 m
計測時間：10秒/透過Ｘ線像高エネルギーX線

透過X線像
試料(cmサイズ）

２次元検出器面

透過イメージある
いはX線CT⇒元素・化学的情報はわからないコンプトン散乱は使えないかコンプトン散乱を用いた大型構造物の非破壊検査～
後方散乱X線検査装置

https://support.spring8.or.jp/index.htmlの中の以下をご参照ください
https://support.spring8.or.jp/Doc_workshop/PDF_20100308_anzen/fujimoto.pdf「科捜研の女」シーズン17

2017年10月15日放送でも紹介される

34

X-ray cross sections for elements
NIST (http://www.nist.gov)

107

Carbon104

Photoelectric
PhotoelectricThomsonThomsonComptonCompton
Total
total

103
102
101
100
10-1

X-ray Cross Sections (barns/atom)

X-ray Cross Sections (barns/atom)

105

Manganese
106

PhotoelectricThomsonマンガン
ComptonTotal
光電吸収

105
104

ﾄﾑｿﾝ散乱
ｺﾝﾌﾟﾄﾝ散乱
和103
102
101
10010-2
110100

X-ray Energy (keV)

1000110100

1000

X-ray Energy (keV)

高エネルギー、軽元素ではコンプトン散乱が支配的コンプトン散乱を用いた後方散乱X線検査装置は市販されている

例えば以下webページ等ご参照ください
https://japan.rigaku.com/ja/products/ndt/hbi120

高エネルギーX線のコンプトン散乱は軽元素が優勢
空港セキュリティーで麻薬、爆発物検査に利用

コンプトン散乱X線の散乱強度を計測⇒コンプトン散乱X線のエネルギー情報を解析したらどうか？

36

コンプトン散乱X線のエネルギースペクトル(2) スペクトルの形状が元素に依存

10 41
Atomic model calc.

SUS

Li atom
Mn atom
O atom0.8102100μ = 25.3cm2/g@ 20keVJ(p z)/J(0)Mass absorption coefficient (cm 2/g)

(1) 100keV以上の高エネルギーX線の使用-21001010.40.2

μ = 0.368cm2/g@100keV

100.610210Energy (keV)
SUSの密度を8 g/cm3と仮定するとX線の侵入深さは3mm程度

非破壊測定が可能
NIST (http://www.nist.gov)

30-6-4-20246p (atomic units)
zpzは、電子のz方向の運動量ラインシェイプを数値化することで元素の定量が可能
Biggs et al., Atomic Data and Nuclear Data Tables 16, 201 (1975).

37

コンプトン散乱X線のエネルギースペクトルの形の解析～Sパラメータ解析法
コンプトンプロファイルのラインシェイプを数値化するパラメータを考案（Sパラメータ解析法）
K. Suzuki et al.
Li 2.0 Mn 2 O 4
Li 1.1 Mn 2 O 417.5

線形関係が成立

Li 0.5 Mn 2 O 4-1

151710S-parameterJ(p z) (a.u. )20J. Appl. Phys., 119, 025103 (2016).

コンプトンプロファイルの模式図2550-10-50510

p z (a.u.)

HS
W

16.5
16
y=0.59x+15.3
Hartree-Fock CALC.
KKR-CPA CALC.
DFT CALC.
EXP.

15.5

H = ò J ( pz ) pz
d3

d2

15

W = ò J ( pz ) pz + ò J ( pz ) pz
d2d4

d1d3

00.5

11.5

22.5

33.5Li composition by ICP

本研究ではd1=d4=5a.u., d2=d3=1a.u.としたSパラメータからリチウム量の定量が可能

38

Liイオン電池内部のLiイオン分布を測定（SPring-8 BL08W)
試料: リチウムイオン電池(VL2020)
缶(SUS)

正極 (V2O5) 0.8mm
セパレータ
0.1~0.3mm

Ge半導体検出器

負極(LiAl)0.3mm
スペーサー
0.1mm

実験配置
SPring-8 BL08W
入射スリット25μm(h),500μm(w)

検出器

散乱X線
コリメータ

試料

Φ500μmスリット

散乱X線

zステージの上下でラインスキャン

入射X線
115keV試料

入射X線
115keV

可動ステージ

観測領域
空間分解能 25×500×500μm

zxy

39

Sパラメータで見た電池の内部構造
z
缶(SUS)

正極 (V2O5)
セパレータの領域のラインスキャン

負極(LiAl)エネルギースペクトル

Sパラメータ0.35

0.20.15
0.1-4-20246SUS

1.4
1.2
10.05
0-6

1.6

SUS

0.25

1.80.8

負極

セパレータ

SUS
Positive
electrode
Separator
Negative
electrode

0.3

スペーサー

2S-parameter

Normarized intensity (arb. units)

スペーサー

正極

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

p z (a.u.)z position (mm)

電池構成部材によりエネルギースペクトルの形状が異なる

40
Sパラメータにより電池の内部構造を把握可能

充放電中におけるSパラメータ分布
J. Synchrotron. Rad., 24, 1006 (2017).
充放電曲線

ビームサイズ: 25μm(h), 500μm(w)15sec/点で電池中心を走査0.4Cで充放電電池の高さ方向の構造の領域z方向のラインスキャン1.55

1.55

SUS

1.60

測定領域

負極

1.52

正極
0.90.57

セパレータ

X-ray-0.07

スペーサー
SUS2

1.5

S-parameter

1.49
1.47

0.90

1.44
1.41
1.39

0.57

1.36
1.33
1.31

0.25

負極

0.25

z position (mm)zz position (mm)

正極

1.55

1.22

1.22

1.28

S-parameter intensity

1.57

1.25

-0.07
10246810

1.23
1.20

時間 (h)

電池の内部反応の非破壊測定に成功

41

充放電中におけるSパラメータの変化（ΔS)
J. Synchrotron. Rad., 24, 1006 (2017).

ΔS = St – Save

St: 時刻tにおけるSパラメータ
Save: 全測定時間におけるSパラメータの平均値
充放電曲線
Charge-discharge
curve

電池の高さ方向の構造
1.55

SUS

0.06
0.050.04

1.22

0.90.57

セパレータ

負極

0.25

position

正極

0.03
0.0
30.02

0.90

0.01
0.00
0.00
0.01
0.02
0.03
0.03
-0.57

z(mm)

z position (mm)

1.22

0.25

スペーサー
-0.07

SUS

21.5

S-parameter

10.04
-0.05
-0.06

-0.07
0246Time(h)8Variation of S-parameter

1.55

正極

全体で均一に反応
負極

主に表面近傍で反応

1042

K. Suzuki et al., J. Synchrotron. Rad., 24, 1006 (2017).

正極と負極のリチウム組成変化

0.20.15
0.40.3

0.1

0.2
0.05
0.10

1回目放電02

1回目充電

42回目放電
68緩和

100Time (h)Li組成

ICP analysis

S-parameter

正極 SOC00.426

0.470±0.012

負極 SOC1000.178

0.170±0.006

x0.5

Li composition of Li Alx 2

Li composition of Li V O

50.6

実験後に破壊してICP測定
Sパラメーター測定とICP測定が整合

Sパラメータ解析法により、非破壊でリチウムの定量に成功

Liイオン実電池の電極内の反応分布を動作中に測定
K. Suzuki et al., Appl. Phys. Lett. 118, 161902(2021)
充電中の円筒型リチウムイオン実電池内で電極反応の 自己組織化パターンを観測（プレスリリース）(2021年4月20日,
https://www.st.gunma-u.ac.jp/20210420eisuzuki/）

ベロウソフ・ジャ
ボチンスキー反応- Wikipedia

自己組織化現象チューリングパターン？ベロウソフ・シャボチンスキー反応？

コイン電池の断面図～JASRI

辻ら
Stack画像（位置は電池中心部）

CR2032
正極: MnO2
負極: Li

電池の断面図（一枚の画像）(a) 画像数: 74枚 (total: 2.5 sec.)(b) 画像数: 148枚 ( total: 7.5 min.)

一次元化(a) Quick-scan imaging
Vertical beam size = 50 m
Exposure time = 34 ms(b) High spatial resolution imaging
Vertical beam size = 25 m
Exposure time = 3 s

２．コンプトン散乱
イメージングの応用
事例
JASRI 辻成希につづく

ご清聴ありがとうございました。
金属ケース内のLiが観測できている