2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Ge nanoparticle film by using inflight plasma process for Li ion butteries
| Project/Area Number |
26390097
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
内田 儀一郎 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (90422435)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | Geナノ粒子 / プラズマプロセス / Liイオン電池 / ナノ複合膜 / ダストプラズマ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，Liイオン電池負極材に適した物性値（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を，ナノ粒子生成と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イオン電池をブレークスルーすることを目標としている．研究の結果，プラズマプロセスを用いた新規Geナノ粒子膜堆積法の開発に成功し，Geナノ粒子膜を負極材に用いた高容量Liイオン電池を実証した．本研究では，スパッタ法を用いてGeナノ粒子を生成し，スパッタカソードからガス流を基板方向に流すことにより，気相中で生成したGeナノ粒子を基板へと堆積させた．Geナノ粒子の構造に関して，プラズマ生成のためのアルゴンガスに水素ガスを10%程度添加した時，ナノ粒子の構造はアモルファス構造から結晶構造へと変化し，その時，ナノ粒子全体の80%以上が結晶成分と見積もられた．また，基板温度を室温から180度へと上昇させた時，ラマンスペクトルの半値幅が11.7 /cmから 5.3 /cmと単結晶Geの3.2 /cmと同程度まで減少し，結晶性が大きく向上した．さらに，Geナノ粒子膜の高導電率化のために，Geナノ粒子膜にSnを添加した．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を同時にスパッタした．ナノ粒子膜をラマン分光法で解析したところ，結晶Geと比ベピークが低波数側に大きくシフトし，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示唆された．最後に，Ge結晶ナノ粒子膜を負極材としたLiイオン電池(2016コインセル)を試作し，電池容量を評価した．初期容量として理論値に近い約1600 mAh/gの重量比容量が得られた．充放電のサイクル数とともに容量は緩やか低下し，50サイクル後の重量比容量は約600 mAh/gであった．
|
