2015 Fiscal Year Annual Research Report
次世代ケイ素系負極を活かすためのイオン液体電解液との界面構築
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25810141
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
薄井 洋行 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60423240)
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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 / ケイ素系負極 / イオン液体電解液 / ルチル型酸化チタン / ナトリウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気自動車において特に重視される性能は，高容量（高エネルギー密度）と安全性である．高容量化に関しては，従来の黒鉛（Graphite）に替わり，これの約10倍もの高い理論容量を有するシリコン（Si）の利用が切望されている．しかしながら、SiのLi+拡散係数は10-14～10-12 cm2 s-1と極めて低く，これがSi負極の容量低下を招く一因となっている．そこで，研究代表者は独自の湿式合成技術を活用し，結晶形状の制御により異方的なLi+拡散能を克服したルチル型TiO2をSi粒子上に均一被覆することで，新規複合負極材をこれまでに開発してきた．TiO2との複合化によるLi＋拡散性の向上が功を奏し，工業化に適した安価な材料でありながら，従来の黒鉛負極の理論容量の２倍以上もの高容量を1000サイクル（車載電池寿命の10年に相当）にわたり維持することに成功している．
電池の高容量化（高エネルギー密度化）はその発火の危険性を高めるため，従来の可燃性カーボネート系有機電解液に替わり，超難燃性のイオン液体電解液の使用が期待されている．ただし，その高い粘性のため高速充放電性能が犠牲となってしまう．そこで研究代表者は，これまで得た知見の集大成として，(i)脱溶媒和しやすいアニオンと，(ii) Li+の界面移動を促すカチオンからなるイオン液体を，(iii)高速でのLi+拡散が可能なTiO2/Si複合負極に適用した．その結果，実用に耐え得る電流密度（1.6C）において，従来の有機電解液の結果をしのぐ高速充放電性能を達成した．この複合負極は，300サイクル後においても黒鉛の２倍以上の可逆容量を維持できることがわかった．
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