2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K05949
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
山本 真理 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究主任 (20416332)
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| 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, 電子材料研究部, 研究主幹 (90416363)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シリコン負極 / ポーラス構造 / 硫化物全固体電池 / 充放電測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全固体電池において、充放電によりシリコンの体積膨張収縮により固体電解質層の割れやSi/SE層間剥離によるイオン・電子伝導経路の寸断が想定される。そこで、シリコンの嵩密度がリチウムの挿入脱離で変化しない構造体として、中空・ポーラス構造の形態が全固体電池に適すると着想した。本研究において、全固体電池に最適な負極活物質の形態を実証する。
平成29年度は、ポーラスシリコン粒子を合成し、その全固体電池への適用を行った。ポーラスシリコン粒子は、ケイ化マグネシウムを出発原料とし、大気酸化後に生成するシリコンから酸化マグネシウムを塩酸で溶出して作製した。粉末Ｘ線回折より、大気酸化後にはSiとMgO、および未反応のMg2Oが観測されたが、塩酸洗浄後には、Siのみの回折ピークが得られた。SEM観察より、表面に直径100 nm程度の孔を有する多孔質粒子であった。原料のMg2Siの粒子径は数ミクロンであるが、生成物にはナノサイズの粒子も観測された。また、透過型電子顕微鏡より、数十nmのナノ粒子の凝集、およびその間に数十nmの空隙が観測された。以上より、ポーラス構造を有するシリコン粒子が得られた。ポーラスシリコン粒子を全固体電池の負極材料として充放電評価を行った。負極複合体は、ポーラスシリコン、固体電解質、導電助剤としてアセチレンブラックを乳鉢混合して作製した。初回充電容量2300 mAh g-1、初回クーロン効率71％となり、有機電解液を使用するリチウムイオン電池と比較して、高いクーロン効率を示した。サイクル試験の結果、徐々に容量低下し、100サイクル目において1300 mAh g-1、容量維持率52%となったが、急激な容量低下は見られなかった。一方、バルクのシリコン粒子を用いた場合、容量維持率20％であった。ポーラス構造によって、シリコンの膨張収縮によるストレスを緩和し、サイクル特性が向上した。
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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
平成２９年度は、ポーラス構造をもつシリコン粒子を作製し、充放電評価より良好な結果が得られたことから、順調に推移していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
全固体電池の作製において、電極複合体の均一分散がサイクル特性に影響する。そこで、ポーラスシリコン粒子を用いた負極複合体作製において、湿式法や乾式法での混合方法を検討する。また、電池の拘束圧が充放電特性やレート特性に与える影響を調査し、形態が充放電中の膨張収縮に与える影響を調べる。
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| Causes of Carryover |
本年度は既存測定装置に余裕があったため、新たに購入する必要がなかった。来年度は測定装置の増設のために使用する。
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