| 研究課題/領域番号 |
21K18681
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
閻 紀旺 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (40323042)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | リチウムイオン電池 / シリコン負極 / レーザ照射 / 単結晶シリコン / ナノファイバー / 複合ナノ粒子 / ナノ構造体 / コアシェル構造 / ナノ粒子 / シリコン / カーボン / 複合粒子 / 負極材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電気自動車やスマートハウスの普及に伴い，リチウムイオン電池の高容量化が求められている．従来の炭素電極の代わりに高容量化の見込めるシリコン負極の研究が進められているが，シリコン負極は充電時に体積膨張が生じるため，充放電を繰り返すとシリコン膜が崩壊する問題がある．本研究では，半導体産業から大量に排出させるシリコンスラッジに適量な炭素粉末を混合させ，高出力レーザを照射することによりシリコンと炭素からなる複合ナノワイヤを生成させ，集電体である銅箔表面へ堆積させる．これにより高性能な負極を創製し，シリコン負極の諸問題を解決する.
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| 研究成果の概要 |
電気自動車やスマートハウスの普及に伴い，リチウムイオン電池の高容量化が求められている．従来の炭素電極の代わりに高容量化の見込めるシリコン負極の研究が進められているが，シリコン負極は充電時に体積膨張が生じるため，充放電を繰り返すとシリコン膜が崩壊する問題がある．本研究では，半導体産業から大量に排出させるシリコンスラッジに適量な炭素粉末を混合させ，高出力レーザを照射することによりシリコンと炭素からなる複合ナノワイヤを生成させ，集電体である銅箔表面へ堆積させる．これにより高性能な負極を創製し，シリコン負極の諸問題を解決する.
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本手法で生成したSi@CとSiC@C複合ナノファイバーは充電時のSi体積膨脹を吸収でき、かつ曲げ変形に強いため，電極表層脱落や破砕を抑制し，長寿命のSi電極が製作可能となる．また，ナノファイバー表面へ多層グラフェンコーティングを形成させることによって電極の導電性を向上させ，電気抵抗を大幅に低減させることが可能である．本研究の成果により，産業廃棄物とされている大量なSi切りくずが新しいLiイオン電池の原料へ変身することが可能となる．この試みは学術的にも産業的にもチャレンジ性の非常に高い研究課題であり，本研究の成果により特にエネルギー産業に大きな波及効果がもたらされると考えられる。
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