次世代Liイオン電池負極用高次複合ナノ粒子創製

• 研究課題/領域番号: 15H04152
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・組織制御工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 神原 淳 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80359661)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2015年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: リチウムイオン電池 / ナノ粒子 / プラズマスプレー / プラズマプロセス / シリコンナノ粒子 / 材料加工･処理 / ナノ材料 / プラズマ加工 / シリコン

研究成果の概要

本研究課題は，プラズマスプレー物理蒸着（PS-PVD）によるナノ粒子の特徴的な構造を積極的に利用した独自の複合電極を開発し，リチウムイオン電池の高容量化と充放電サイクル安定性の向上両立を目指した。主要な成果は，Sn担持Siナノ粒子を利用した活物質ネットワークを有する負極によって飛躍的なサイクル特性の向上を見出すと共に，SiO負極の高効率還元によって高容量化と高サイクル性を実現し，ナノ粒子化に伴う不均化反応の高速化を初めて明らかにした。また，Siナノ粒子の1kg/hrの高スループット製造を実証し高速生成時の構造変調機構を明らかにして目的構造と高速製造の両立のための要件を明示した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of PS-PVD production throughput on Si nanoparticles for negative electrode of lithium ion batteries (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Ohta, K. Fukada, T. Tashiro, M. Dougakiuchi, M. Kambara
  • 雑誌名: J. Phys. D: Appl. Phys. 巻: 51 号: 10 ページ: 105501-105501
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aaab37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Cycle Capacity of Lithium Ion Batteries with Nanocomposite Si Anodes Produced By Rapid Co-Condensation in Plasma Spray PVD (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Fukada, R. Ohta, M. Kambara
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 77 号: 3 ページ: 41-47
  • DOI: 10.1149/07703.0041ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Instantaneous formation of SiOx nanocomposite for high capacity lithium ion batteries by enhanced disproportionation reaction during plasma spray physical vapor deposition (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tashiro, M. Dogakiuchi, M. Kambara
  • 雑誌名: Sci. Technol. Adv. Mater. 巻: 17 号: 1 ページ: 744-752
  • DOI: 10.1080/14686996.2016.1240574
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] シリコンのナノクラスター支援メゾプラズマ高速エピタキシ－ (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 雑誌名: 日本学術振興会第131委員会 第279回研究会紀要 巻: 279 ページ: 1-6
• [雑誌論文] プラズマスプレーPVDによる次世代高密度リチウム2次電池向けSi系ナノ複合負極開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 雑誌名: 日本学術振興会第153委員会 第129回研究会紀要 巻: 129 ページ: 1-6
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plasma Spray PVD: High throughput production of nanoparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, T. Hideshima, M. Kaga, T. Yoshida
  • 雑誌名: Encyclopedia Plasma Process 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高スループットPS-PVDによるSiナノ粒子の構造変調とLiイオン電池特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 太田遼至，道垣内将司，神原淳
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会
• [学会発表] PS-PVDナノSi:Sn粒子を用いた負極複合化によるLiB特性向上 (2018)
  • 著者名/発表者名: 東原智秋，太田遼至，道垣内将司，神原淳
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会
• [学会発表] 熱プラズマスプレーPVDによるLiイオン電池負極向けSi系ナノ複合粒子開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神原淳，田代亘
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学，大阪
  • 年月日: 2017-03-27
• [学会発表] Enhancement in capacity of lithium ion batteries with composite Si:Sn nanoparticulate anode produced through co-condensation in PS-PVD (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kambara, Tomoaki Tohara, Ryoshi Ohta
  • 学会等名: MRS-J
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] メゾプラズマナノクラスターを利用したエピタキシャルブリッジング (2017)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: Plasma conference 2018
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced cyclability with plasma sprayed Si-M nanocomposite anodes for lithium ion batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, T. Tohara, R. Ohta
  • 学会等名: AEPSE2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新たな材料プロセッシングに向けた熱プラズマスプレーの挑戦 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 日本学術振興会 第153委員会 30周年記念講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced cycle capacity of lithium ion batteries with nanocomposite Si anodes produced by rapid co-condensation in plasma spray PVD (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, K. Fukada, R. Ohta, T. Tohara, N. Gerile
  • 学会等名: ECS2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanocomposite Si particle production by plasma spray PVD for next generation high energy density lithium ion batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara
  • 学会等名: The 22nd Korea-Japan Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanocluster assited mesoplasma epitaxial bridging (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, R. Yamada, S. Wu
  • 学会等名: ICMCTF2017
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced cycle capacity of lithium ion batteries with Ni-epitaxially-attached Si nanoparticles as anode produced by plasma spray physical vapor deposition (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara
  • 学会等名: 26th MRS-J
  • 発表場所: Yokohama Port Opening Plaza, Kanagawa
  • 年月日: 2016-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] Production of SiO nanoparticles with reduced oxygen content by pulse-modulated plasma spray PVD for an increase in capacity of LiBS (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hamazaki, N. Kodama, K. Kita, Y Ishisaka, Y. Tanaka，M. Kambara
  • 学会等名: 26th MRS-J
  • 発表場所: Yokohama Port Opening Plaza, Kanagawa
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] Plasma spray PVD for nanocparticulate Si composite anodes of high density lithium ion batteries (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara
  • 学会等名: NTI-UTokyo Joint Conference
  • 発表場所: National Taiwan University, Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2016-11-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Lateral epitaxial overgrowth of silicon thick films during nanocluster assisted mesoplasma CVD (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, T. Koyano, Y. Imamura, T. Yoshida
  • 学会等名: 69th Annual Gaseous Electronics
  • 発表場所: Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるLiイオン二次電池用Si-Ni複合ナノ負極の特性向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 深田航平，太田遼至，神原淳
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ，新潟
  • 年月日: 2016-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Nanocomposite Si-M particles produced by plasma spray PVD for high-density lithium ion batteries (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, Naren Gerile, M. Kaga
  • 学会等名: ICMCTF 2016
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-04-25
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるリチウム2次電池負極向けSi系ナノ粒子の高速複合化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 第158回日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学，東京都葛飾区
  • 年月日: 2016-03-23
  • 招待講演
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるLiイオン二次電池用Si-Ni複合ナノ負極の特性向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 深田航平，太田遼至，神原淳
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学，東京都目黒区
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるリチウム2次電池負極用Si系ナノ複合粒子開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 神奈川大オープンラボ第17回講演会
  • 発表場所: 神奈川大学，神奈川県横浜市
  • 年月日: 2016-01-21
  • 招待講演
• [学会発表] シリコンのメゾプラズマ超高速エピタキシー (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 日本学術振興会 薄膜第１３１委員会・第279回研究会
  • 発表場所: 東京都立産業技術研究センター，東京
  • 招待講演
• [学会発表] プラズマスプレー技術による高速・高品質ナノ粒子製造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: ナノ粒子製造システム研究会
  • 発表場所: 島根県産業技術センター，松江，島根
• [学会発表] ナノクラスター支援メゾプラズマ高速沿面エピタキシャルオーバー成長 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 第74回マテリアルズテーラリング研究会
  • 発表場所: 加藤山崎教育基金 軽井沢研修所，長野
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによる次世代高密度リチウム2次電池向けSi系ナノ複合負極開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 日本学術振興会 プラズマ材料科学第153委員会・第129回研究会
  • 発表場所: 島根県産業技術センター，松江，島根
  • 招待講演
• [学会発表] Nanocomposite Si/SiOx particle formation through enhanced disproportionation reaction during plasma spray PVD (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tashiro, M. Kambara
  • 学会等名: MRS-J
  • 発表場所: 横浜開港記念会館，神奈川県横浜市
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるリチウムイオン電池向けSi系複合ナノ粒子の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 技術情報協会セミナー
  • 発表場所: 東京日幸五反田ビル，東京都品川区
  • 年月日: 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるリチウムイオン電池向けSi系複合ナノ粒子製造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神原淳
  • 学会等名: 次世代マイクロ化学チップ第33回研究会
  • 発表場所: 東京大学，東京都文京区
  • 年月日: 2015-10-19
  • 招待講演
• [学会発表] Production of composite Si nano particles by plasma spray PVD and CH4 annealing for negative electrodes of lithium ion batteries (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Ohta, R. Yutaro, T. Tashiro, M. Kambara
  • 学会等名: 68tjGEC/ICRP-9
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマスプレーPVDによるリチウムイオン電池用SiO系ナノ複合負極創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本間啓一郎，神原淳
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場，愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [図書] Encyclopedia of Plasma Technology: Powders: Plasma Spray PVD for High-Throughput Production (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kambara, T. Hideshima, M. Kaga, T. Yoshida
  • 出版者: Taylor and Francis
• [産業財産権] リチウムイオン二次電池用負極の製造方法、負極、及び負極活物質 (2017)
  • 発明者名: 神原淳，東原智秋，太田遼至
  • 権利者名: 神原淳，東原智秋，太田遼至
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-106031
  • 出願年月日: 2017