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Fabrication of silicon particles applicable for all-solid-state batteries

Research Project

Project/Area Number 16K05949
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionOsaka Research Institute of Industrial Science and Technology (2017-2019)
Osaka Municipal Technical Research Institute (2016)

Principal Investigator

Yamamoto Mari  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (20416332)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 雅也  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 総括研究員 (90416363)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsシリコン / 多孔質 / 全固体電池 / 充放電測定 / クーロン効率 / 硫化物系固体電解質 / 負極 / ポーラスシリコン粒子 / 負極複合体 / シリコン負極 / ポーラス構造 / 硫化物全固体電池 / 中空粒子 / 硫化物固体電解質 / 形態制御
Outline of Final Research Achievements

We have developed a high-capacity silicon anode with a morphology suitable for all-solid-state batteries. Fabrication of porous silicon and composites with sulfide-based solid electrolyte were investigated. The resulting anode composites were applied to all-solid-state batteries. As a result, the batteries exhibit high capacity retention in charge-discharge measurements (100th, 80%). This is due to the following effects. The outward volume change was prevented by the shrinkage and expansion of the pores in the volume change of silicon during charge and discharge. In addition, the solid electrolyte elastically deformed to avoid the stress originated from the volume change of silicon. Both effects retain the adhesion among silicon, solid electrolyte, and conductive additives, leading to the maintenance of ionic and electronic conduction path.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機電解液を無機固体電解質に替えた全固体電池は、高い安全性・信頼性を有し、広い温度域での作動が可能であることから、自動車や航空機の蓄電池、定置用大型蓄電池への実用化が期待される。実用化に不可欠である高エネルギー密度化には、高容量負極であるシリコンの利用が望まれるが、全固体電池に適した形態は明らかになっていない。本研究では、多孔質シリコンと硫化物系固体電解質の負極複合体において高いサイクル安定性を実現した。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results) (of which Overseas: 3 results)

  • [Journal Article] Stable cyclability of porous Si anode applied for sulfide-based all-solid-state batteries2019

    • Author(s)
      Ryota Okuno, Mari Yamamoto, Yoshihiro Terauchi, Masanari Takahashi
    • Journal Title

      Energy Procedia

      Volume: 1 Pages: 183-186

    • DOI

      10.1016/j.egypro.2018.11.125

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Slurry mixing for fabricating silicon-composite electrodes in all-solid-state2018

    • Author(s)
      Mari Yamamoto, Yoshihiro Terauchi, Atsushi Sakuda, Masanari Takahashi
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 402 Pages: 506-512

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2018.09.070

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Binder-free sheet-type all-solid-state batteries with enhanced rate capabilities and high energy densities2018

    • Author(s)
      Mari Yamamoto, Yoshihiro Terauchi, Atsushi Sakuda & Masanari Takahashi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-018-19398-8

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] All-Solid-State Battery Electrode Sheets Prepared by a Slurry Coating Process.2017

    • Author(s)
      Sakuda, A. Kuratani, K. Yamamoto, M. Takahashi, M. Takeuchi, T. & Kobayashi, H.
    • Journal Title

      J. Electrochem. Soc.

      Volume: 164

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of composite positive electrode sheet with high active material content and effect of fabrication pressure for all-solid-state battery2017

    • Author(s)
      Mari YAMAMOTO, Masanari TAKAHASHI, Yoshihiro TERAUCHI, Yasuyuki KOBAYASHI, Shingo IKEDA and Atsushi SAKUDA
    • Journal Title

      Journal of Ceramic Society of Japan

      Volume: 125 Pages: 391-395

    • NAID

      130005632209

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      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 硫化物系固体電解質を有するフルセルにおける活物質の体積変化と拘束圧の影響2020

    • Author(s)
      山本 真理、寺内 義洋、加藤 敦隆、高橋 雅也
    • Organizer
      日本セラミックス協会2020年年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of silicon-composite electrodes by slurry coating for all-solid-state batteries2019

    • Author(s)
      山本真理、寺内義洋、作田敦、加藤敦隆、 高橋雅也
    • Organizer
      環太平洋セラミックス国際会議
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多孔質シリコンを負極とする硫化物系全固体リチウムイオン電池の高容量維持率2019

    • Author(s)
      奥野亮太、山本真理、加藤敦隆、高橋雅也
    • Organizer
      第3回関西電気化学研究会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 体積変化率の異なる活物質および正・負極の組み合わせによる2019

    • Author(s)
      山本 真理・寺内 義洋・作田 敦・ 加藤 敦隆・高橋 雅也
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会2019年年会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 硫化物全固体電池における正極・負極活物質の体積変化および拘束圧の影響2018

    • Author(s)
      山本 真理・寺内 義洋・作田 敦・加藤 敦隆・高橋 雅也
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Microstructures of nanoporous-Si composite anodes in sulfide-based all-solid-state lithium-ion batteries2018

    • Author(s)
      奥野 亮太、山本 真理、寺内 義洋、加藤 敦隆、高橋 雅也
    • Organizer
      2019 the 3rd International Conference on Materials Engineering and Nano Sciences (ICMENS 2019)
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多孔質シリコン負極を有する硫化物系全固体電池のサイクル特性2018

    • Author(s)
      奥野 亮太、山本 真理、寺内 義洋、加藤 敦隆、高橋 雅也
    • Organizer
      日本セラミックス協会関西支部学術講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Stable cyclability of porous Si anode applied for sulfide-based all-solid-state batteries2018

    • Author(s)
      R.Okuno, M.Yamamoto, Y.Terauchi, M.Takahashi,
    • Organizer
      5th International Conference on Power and Energy Systems Engineering
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硫化物系全固体ハーフセルにおける黒鉛複合体負極のレート・サイクル特性2018

    • Author(s)
      高橋 雅也、山本 真理、寺内 義洋、加藤 敦隆
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会2019年年会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 全固体リチウムイオン二次電池作製プロセスの開発2018

    • Author(s)
      高橋 雅也、山本 真理、加藤 敦隆、寺内 義洋、奥野 亮太、山根 拓磨
    • Organizer
      日本セラミックス協会関西支部学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 実用的なシリコン複合体シートの開発とバインダーレス・シート型硫化物全固体電池への応用2018

    • Author(s)
      ○山本 真理・寺内 義弘・作田 敦 高橋 雅也
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2018年年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 各種ポリプロピレンカーボネートが正極シート強度およびバインダーレス・シート型硫化物全固体電池の性能に及ぼす影響2017

    • Author(s)
      ○山本 真理、寺内 義弘、作田 敦、池田 慎吾、小林 靖之、松田 厚範、高橋 雅也
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 液相振盪法による硫化物固体電解質を用いたバインダーレス・シート型全固体電池の高エネルギー密度化2017

    • Author(s)
      ○高橋 雅也 、山本 真理、寺内 義弘、池田 慎吾、小林 靖之、松田 厚範、作田 敦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 全固体二次電池用の添加剤、全固体二次電池及びその製造方法2016

    • Inventor(s)
      高橋・山本・小林・池田・柏木・斉藤・辛島・西岡・宮原
    • Industrial Property Rights Holder
      住友精化㈱、大阪産業技術研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 全固体二次電池用の添加剤、全固体二次電池及びその製造方法2016

    • Inventor(s)
      高橋 雅也, 山本 真理, 小林 靖之, 池田, 柏木, 斉藤
    • Industrial Property Rights Holder
      住友精化㈱、大阪市立工業研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016-08-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 全固体二次電池用の添加剤、全固体二次電池及びその製造方法2016

    • Inventor(s)
      高橋 雅也, 山本 真理, 小林 靖之, 池田, 柏木, 斉藤
    • Industrial Property Rights Holder
      住友精化㈱、大阪市立工業研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016-09-01
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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