プレスリリース・研究成果

• 本来高温でのみ安定なα-Li₃PS₄が、急昇温により合成・急冷で保持できる理由を解明。
• α相は表面エネルギーが極めて低く、ナノサイズ領域において中温度域で熱力学的に安定化。
• 理論と実験を統合した時間-温度-変態図（TTT図）を構築し、準安定相の理論的創出指針を提示。

概要

　北海道大学大学院工学研究院の三浦章教授、藤井雄太助教、忠永清治教授、ミシガン大学材料科学工学科博士課程のベクウヒョン氏、同大学材料科学工学科のスンウェンハオ助教、大阪公立大学大学院工学研究科の森　茂生教授、作田敦准教授、丁炯特任研究員、大阪公立大学大学院工学研究科及び東北大学金属材料研究所の林晃敏教授、東京都立大学理学研究科の水口佳一教授、広島大学大学院先進理工系科学研究科の森吉千佳子教授、高輝度光科学研究センター（JASRI）の河口彰吾主幹研究員らの研究グループは、次世代全固体電池の固体電解質材料「Li₃PS₄」において、最も高いリチウムイオン伝導度を持つ高温相（α-Li₃PS₄）が、なぜ急昇温プロセスによって合成できるのかという謎を解明しました。

　Li₃PS₄のα相は480℃以上の高温でのみ熱力学的に安定であり、室温へ冷却するとイオン伝導度の低いγ相へ相転移してしまいます。しかし近年、ガラスの前駆体を急速加熱（急昇温）することでα相が生成し、さらに室温に急冷保持（クエンチ）できることが報告されていました。

　研究グループは、第一原理計算と、大型放射光施設SPring-8のビームラインBL13XUを用いた高時間分解能のin-situ X線回折実験を組み合わせ、急昇温によりナノサイズのα相の優先的な核生成^*6が中温度域で引き起こされ、短い保持時間によって結晶成長を抑制することが、準安定なα相を選択的に合成・保持できる理由であることを突き止めました。本成果は、準安定材料を狙って合成するための合理的な材料設計指針を提供するものです。

　なお、本研究成果は、2026年8月22日（土）公開のNature Communications誌にオンライン掲載されました。