2015 Fiscal Year Annual Research Report
計算化学とガスデポジション法に基づくケイ素系多元負極材料の創出
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25620195
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
坂口 裕樹 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00202086)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 第一原理計算 / ガスデポジション / 遷移金属シリサイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリサイドは自身を構成する遷移金属とLiとの親和性が高いほど多くのLiを吸蔵する傾向があることを第一原理計算により確認しており，その一例にNiSi2が挙げられる．本年度はサイクル性能に優れるLaSi2にNiSi2の性質が付与されることを期待し，LaSi2/Si複合体にNiを添加してメカニカルアロイング（MA）処理を行った試料からなる電極の負極性能を評価した．
粉末X線回折より，Niを添加し調製した試料がLaSi2のSiがNiで置換された固溶体とSiとの複合体（LaNixSi2-x/Si）であることを確かめた．Niの固溶量が増えるほど全サイクルに渡って容量が増大しており，特にx = 0.1のものが最も優れた電極であった．この容量の増大はシリサイド相にLiと親和性が高いNiが含まれることで，シリサイド自身のLi吸蔵量が増えたためと推察した．
これを確かめるためにLaNixSi2-x（x = 0－0.1）単独電極の容量を測定したが，予想に反して，LaSi2よりもNi固溶電極の方が容量は小さかった．一方，高速充放電性能に着目すると高い電流密度ではNi固溶電極の方が優れた性能を示した．これは，LaSi2へNiを固溶させたことでLi拡散能が向上したことを示唆する．LaNixSi2-x（x = 0, 0.25）の結晶格子中においてLiが最も安定なサイトから次の安定なサイトへ移動する際の格子形成エネルギーの変化を計算した結果，期待した通り，LiがLaNi0.25Si1.75中を拡散するのに必要な活性化エネルギーはLaSi2中のものに比べ約0.1 eV低いことがわかった．以上の結果より，LaNixSi2-x/Si電極の放電容量が増大した要因は，電極活物質層中のSi相間のLi拡散パスとしてLaNixSi2-xがLaSi2よりも効果的に機能し，Siの利用率を高めたためであると推測される．
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