2017 Fiscal Year Annual Research Report
高エネルギー密度シリコン負極の実用に向けた電極界面制御とイオン伝導機構の解明
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16H04649
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
春田 正和 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (90580605)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 蓄電池 / リチウムイオン電池 / シリコン負極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大容量リチウムイオン電池の負極材料として従来の黒鉛負極の10倍程度の容量を持つシリコン材料の実用化を目指す。シリコン負極の実用化のためには、電池寿命の向上が必要不可欠である。本研究では、我々が実用シリコン活物質として開発している鱗片状シリコン粉末のモデル電極としてシリコン薄膜を用いる。清浄な表面を有するシリコンモデル電極を作製し、電池寿命の低下要因である電解液の分解機構を把握する。さらにシリコン薄膜上に表面被覆処理を施すことにより電解液分解の抑制を図り、シリコン負極の寿命向上の指針を示すことを目的とする。
シリコン表面の被覆材として炭素に加えてフッ化物を検討した。フッ化物被覆により充放電時のクーロン効率が大幅に向上し、電解液分解抑制に有効な成分であることが示唆された。
表面被覆を施したシリコン負極の表面をin-situ AFMにより観察した。被覆なしのシリコン電極表面には電解液分解に起因する堆積物が不均一に形成される様子が観察された。一方、フッ化物被覆を施したシリコン電極表面には堆積物がほとんど観察されず、電解液分解が抑制されることが明らかになった。また、炭素被覆では被覆なしのシリコン電極と比較して、電解液分解に由来する被膜が均一に形成されることが分かってきた。
シリコン電極上に炭素被覆とフッ化物被膜を多層膜として形成することにより、さらに特性が向上する傾向が見られ、今後より最適な被膜組成の検討を行っていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シリコン負極表面の被覆材として、炭素に加えフッ化物を検討した。さらに、炭素とフッ化を二層組み合わせた混合被膜についても、電気化学特性に与える影響を調査した。30年度の研究計画内容と前後したが、28年度の研究成果を引き継いで十分な成果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの結果により、表面被覆材に依存してサイクル寿命、クーロン効率、表面被膜形態が異なることが分かってきた。30年度では、これまでに引き続き、被膜組成と電気化学特性の関係を詳細に調べていく。特に、被覆材として酸化物材料を使用するとともに、二組成の混合被膜についても最適な組み合わせを調べる。
上記の表面処理を施したシリコン電極を充放電特性、サイクル寿命、インピーダンス特性の観点から評価を行うと伴に、in-situ AFMにより電解液分解と表面被覆層の関係を調べる。これらを総合して、シリコン負極における被膜形成機構と劣化機構の解明に取り組むとともに、シリコン負極特性向上に有効な被覆組成を明らかにする。
さらに、シリコン活物質組成の制御による特性改善にも取り組む予定である。
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