2012 Fiscal Year Annual Research Report
ケイ素とガスデポジション法を用いた次世代リチウム二次電池用負極の創製
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24350094
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
坂口 裕樹 鳥取大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00202086)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
薄井 洋行 鳥取大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60423240)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 二次電池 / リチウム電池 / 負極材料 / ガスデポジション / ケイ素 |
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| Research Abstract |
Si系負極の乏しいサイクル性能を改善するには,遷移金属シリサイドとSiとをコンポジット化させることが有効であることをこれまでにわれわれは示してきた.本研究では,新たにSm-Si,Gd-SiおよびDy-Siを取り上げそれらの電極性能を評価した.Gd-Si/Si電極において,これまで検討してきたなかで最も大きな初回放電容量(1870mAhg^<-1>)と最も高い初回容量可逆率(83%)が得られた.また,この電極は1000サイクル後においても690mAhg^<-1>もの高容量を保持することが確認された.さらに,40レートでも1500mAhg^<-1>の容量を示す優れた高速充放電性能を有することもわかった.
初回サイクルの不可逆容量が大きいという問題については,われわれはSiとLiとをあらかじめ合金化することが有効であると考えている.これに関する知見を得るため,SiとLiとを様々な組成で合金化させた試料を合成した.各試料の初回充放電曲線における放電側の微分曲線を見てみるといずれの試料もLi脱離ピークが二つに分離しており,Li添加量が増加するとともに,高電位側のピークは増大し,低電位側のピークは縮小する傾向を示した.このことから,低電位側のピークは電気化学的なLi挿入により形成された相からの,他方,高電位側のピークは機械的に合金化させることで形成した相からのLi脱離であると考えられる.このLi添加試料を用いた電極では,期待に反してSiと同等の乏しいサイクル性能しか示さなかった。これは,機械的に添加したLiまでが脱離したために起こる体積収縮によって電極がダメージを受けたことによると考えた.そこで,これを防ぐため,Li_<1.00>si電極に対して放電の電位規制下での試験を行ったところ,同様の条件下で試験を行ったSi電極にべ高いサイクル性能を示した.
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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
重要課題の一つである「Siとサイクル安定性に優れたシリサイドとの共晶組成物質をMAにより調製し,これを原料としたGD厚膜電極化」に関して,従来のLa-Si/Si負極を超える非常に優れた性能がGd-Si/Si負極において得られることを見出した.一方,Si電極にとってもう一つの重要な課題である不可逆容量の改善に関して,SiとLiを予め合金化することが有効であるという重要な知見が得られた.
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| Strategy for Future Research Activity |
ケイ素の結晶性の電極性能への影響が指摘されているため,顕微ラマン測定を用いてこれを明らかにする.また,シリサイドを用いた電極については2種類のシリサイドの混合や3元系以上へ多元化させたりすることも検討する.
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