化学気相成長法による珪素包含炭素繊維の高速製造と電極材料への応用

• Project/Area Number: 08750887
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 反応・分離工学
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 向井 紳 京都大学, 工学研究科, 助手 (70243045)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 炭素繊維 / カーボンアロイ / リチウムイオン二次電池 / 炭素電極 / 珪素 / 負極材料

Research Abstract

気相成長炭素繊維は、機械的強度、電気特性が他の方法で製造で製造された炭素繊維と比較して非常に優れており、これらの性質を利用して、リチウムイオン電池の電極材料への適用が考えられている。この繊維に珪素をドープすることでさらに電極としての性能が向上すると予想される。申請者らの開発した液パルスインジェクション法を用いると、従来の製造法と比較して数十〜数百倍の成長速度で繊維を製造することが可能である。そこでこの手法を用い、繊維の原料炭化水素に珪素化合物を混合するだけで、珪素包含炭素繊維を製造することに成功した。得られた繊維は、珪素を含まない繊維と比較して同等の機械的強度および導電性を有し、耐酸化性は100℃近く向上した。この繊維を用いて電極を作成し、そのリチウムイオン容量を測定した。金属リチウムは酸素や水との反応性が高いため、測定は乾燥アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。ガス生成装置と購入した露点計とを組み合わせることでボックス内の水分量を10ppm以下に保つことが可能となり、測定データの再現性は飛躍的に向上した。繊維は1000℃程度の温度で合成しているにも関わらず、同温度で合成した炭素繊維と比較して約2倍の容量を有していることがわかった。これは3000℃で焼成した黒鉛化炭素繊維と同等の値である。また、ポテンショスタットと購入した関数発生器を組み合わせることにより繊維を用いて作成した電極の放電時の電位の特性を評価することが可能となった。その結果、理想的な・電極材料である黒鉛と類似の特性を有していることがわかり、この繊維をリチウムイオン電池の負極材料に用いることが可能であることがわかった。