【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24MS1006

利用課題名 / Title

フッ素含有複合アニオン正極の磁性

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

磁化測定, ナトリウムイオン電池, 正極, 磁気モーメント

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

高見 剛

所属名 / Affiliation

京都大学大学院人間・環境学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

宮島 瑞樹

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-218：SQUID（MPMS-7）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

リチウムイオン電池の用途は電気電子機器や電気自動車以外にも多様化するとともに、その市場は拡大を続けている。電池の電荷担体がリチウムイオン(Li⁺)からナトリウムイオン(Na⁺)に変化したナトリウムイオン電池が注目されている。ナトリウムは化学的な性質がリチウムと似ており、地球上に豊富に存在する利点がある。一方で、ナトリウムイオン電池は、エネルギー密度が低い課題もある。Na_xMnO₂のMnサイトをFeで置換したNa_xFe_1/2Mn_1/2O₂は充放電履歴が抑制され、正極の有力な候補である。磁気コンプトン測定と磁化測定により、Na_0.3Fe_1/2Mn_1/2O₂(x=0.3)とNa_0.6Fe_1/2Mn_1/2O₂(x=0.6)の電子状態の解明を目指した。

実験 / Experimental

MPMS-7(Quantum Design社製)を用いて、Na_xFe_1/2Mn_1/2O₂正極の磁化の磁場依存性を10 Kで測定した。粉末試料をカプセルに封止して、-25 kOe～25 kOeの磁場領域とした。なお、今回は、化学フッ化前の試料を対象とし、いくつかの充放電過程の途中で測定をとめて電池セルを解体して収集した。

結果と考察 / Results and Discussion

Na_0.3Fe_1/2Mn_1/2O₂は強磁性体で磁気コンプトン散乱の結果、遷移金属元素あたり0.45 µ_Bの磁気モーメントを有していてた。図1に同試料の磁化の磁場依存性を示す。強磁性的な挙動を示した。磁気モーメントは、0.77 µ_Bであり、磁気コンプトン散乱の場合よりも大きな値であった。これは軌道とスピンの寄与の合算であるためと考えられる。対照的に、Na_0.6Fe_1/2Mn_1/2O₂の磁化は常磁性的な振る舞いを示した。このように、Na_xFe_1/2Mn_1/2O₂はNa量xにより、磁性が劇的に変化して、電子状態の変化が示唆される。今後はxを系統的に変化させて、統一的な解釈の構築を目指す。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1　 Na_0.3Fe_1/2Mn_1/2O₂の10 Kにおける磁化の磁場依存性。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

技術支援に関して、宮島瑞樹氏に大変お世話になり、ここに厚く御礼申し上げます。特に、測定に不慣れな学生さんに対して、測定のセットアップや液体ヘリウムのトランスファー時にお立合いいただきました。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Chanachai Pattanathummasid, Topochemical Fluoride Exchange Reaction with Anionic Electrons toward Fluoride-Ion Conduction in Layered Ba_2–xA_xNF_1–x (A = Na, K), Chemistry of Materials, 36, 5671-5677(2024).
   DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00716
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件