2018 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of Si based negative electrode active material for Li ion battery from waste silicon based on non-woven fabric CNT
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16K12653
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
友野 和哲 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (40516449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
碇 智徳 宇部工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (40419619)
島袋 勝弥 宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (70618446) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ブロモシラン / 再資源化 / 蓄電技術 / 電気化学的手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
廃棄物Siから得られるブロモシランは，常温常圧で液体のためウェットプロセスである電気化学的析出法によるSi還元に有利である。ブロモシランからSi薄膜を電気化学的手法により作製する条件を見出した。本研究では，膜厚を制御可能なCNT(カーボンナノチューブ)を不織布基板として，電気化学析出法によるSi薄膜を作製し，Liイオン電池用負極剤としての利用を目的とした。廃棄物Siから得られるブロモシラン液をLi電池用シリコンに応用できれば，廃棄物Siの潜在的な付加価値を高め，効率的なリサイクルシステムの促進につながると考えている。
平成29年度は，Siが電着するCNT基体の膜厚を300nmに固定して，Si電析量と容量の関係を検討した。結果として，Si電析量が多くなるにつれて，サイクル特性が著しく低下した。これは，Si電着量が多いために，Liイオン吸蔵時の体積膨張によりCNT基体と一緒に脱落していることが表面分析からも明らかになった。平成30年度では，CNT基体の膜厚を450nmと800nmで検討した。各膜厚においてSi還元反応(SiBr4→Si)の電解電位(-2.0V～-3.0V vs Pt)と電解時間を系統的に変更した。卑な電位でSi還元反応を実施すると，初期容量から低い値(50-200mAh/g)を示した。卑な電位によりSi還元反応が早く，CNT内部ではなく表面にSiが多く析出した。結果，CNTによる導電補助剤の効果，さらには体積膨張のCNTによる緩和もみられず，初期容量およびサイクル特性は低い値を示した。一方，貴な電位によりSi析出をゆっくり行うことで，初期容量(3700mAh/g)およびサイクル特性(700mAh/g)の結果を得た。また，当初の目的通り，CNT表面上にシリコンが薄膜状に残留することも表面観察よりわかった。今後，CNT膜厚とSi電析量の最適化を進める。
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