2015 Fiscal Year Research-status Report
インフライトプラズマプロセスを用いたLiイオン電池用高容量Ge系ナノ複合膜堆積
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26390097
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
内田 儀一郎 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (90422435)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | プラズマプロセス / ナノ複合膜 / ダストプラズマ / ゲルマニウム / リチウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，負電極に適した物性値（高導電率，高容量，低膨張率）を有するGe系材料を用いたナノ複合膜形成を，①ナノ粒子生成，②ナノ粒子表面処理･コアシェル構造形成，③ナノ粒子膜堆積をシングルステップで行える新規プラズマプロセスで実現し，次世代高容量Liイオン電池をブレイークスルーすることを目標としている．今年度は，Geナノ粒子膜のさらなる高導電率化のために，Geナノ粒子膜にSnを添加することに成功した．実験はGeスパッタターゲットの表面の一部にSn板を設置し，GeとSnを同時にスパッタする方法で行った．生成したGeSnナノ粒子膜をラマン分光法で解析したところ，結晶Geと比べピークが低波数側に大きくシフトし，これより結晶Geナノ粒子膜中にSnが1割程度添加されていることが明らかになった．また，比較的強いガス流（Ar:200 sccm/H2:50 sccm）をスパッタカソードから基板方向に流すことにより，気相中で生成したGeSnナノ粒子を基板へと輸送することにも成功した．
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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
本研究では，負電極に適した物性値（高導電率，高容量，低膨張率）を有するGe系材料を用いたナノ複合膜形成を①ナノ粒子生成，②ナノ粒子表面処理･コアシェル構造形成，③ナノ粒子膜堆積をシングルステップで行える新規プラズマプロセスで実現し，次世代高容量Liイオン電池をブレイークスルーすることを目標としている．本年度は，新規プロセス（反応性微粒子プラズマプロセス）を用いて，GeSnナノ粒子の生成と輸送を一貫して行うことに成功し，その結果，GeSnナノ粒子膜の形成を実現した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は新規プラズマプロセスを用いてGeSnナノ粒子膜の形成に成功した．来年度は，ナノ粒子輸送に関して，ガス流路とガス流量の最適化を行い，ナノ粒子精密輸送プロセスを確立する．GeSnナノ粒子膜に関して，ナノインデンテーションで硬度評価，XRDで構造評価を行う．またGeSnナノ粒子膜を負極材とするLiイオン電池を試作し，電池容量を評価する．さらにカーボンを添加したGeナノ粒子膜を堆積し，同様に膜評価を行うとともに，Liイオン電池の試作･特性評価を行う．
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| Causes of Carryover |
本年度(2015年度)予算を用いてナノ粒子生成とナノ粒子輸送に分割したプラズマ装置の開発を行う予定であった．しかしながら，従来装置で比較的強いガス流をスパッタカソードから基板方向に流す手法により，ナノ粒子を生成し，なお且つ，制御性良く基板に輸送することに成功した．そのため，本年度は従来装置を用いてGeSnナノ粒子膜堆積に関する実験を精力的に遂行した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
来年度(2016年度)は，今年度(2015年度)の予算を用いて現プラズマ装置の改良を早急に行う．また平行して，2016年度の予算を用いて，ナノ粒子膜を有するLiイオン電池の試作，電池容量の評価を行う．
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