• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

トップダウン製法による薄片状Siナノ粒子の高容量リチウムイオン電池負極への展開

研究課題

研究課題/領域番号 16K05935
研究機関九州大学

研究代表者

長谷川 丈二  九州大学, 工学研究院, 助教 (60726412)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードシリコン / 黒鉛 / 複合電極 / リチウムイオン二次電池 / サイクル特性 / 高エネルギー密度化
研究実績の概要

前年度において、様々な形状・サイズの黒鉛粉末とカーボン被覆シリコンナノ粒子の複合電極を作製・評価・比較した。本年度は、前年度の実験結果において最もよいサイクル特性を示した鱗状黒鉛(Z-5F)を用い、高エネルギー密度電極の実用可能性について調べた。Z-5F/シリコンナノ粒子複合電極(Z-5F:Si = 85:15)において、電極単位面積当たりの活物質量を増加させ、加えて充電容量を560 mAh/gに増加させてサイクル特性を評価した。電極活物質密度を3.4 mg/cm2まで増加させた場合において、200 mA/gで85サイクル目まで560 mAh/g (1.9 mAh/cm2)の可逆容量を維持できた。その後、サイクル数の増加と共に可逆容量は徐々に減少したが、200サイクル後においても約1.5 mAh/cm2の容量を維持していた。
電極の高容量化を目指すために、Siの混合比率を増加させて電極性能の評価を行ったが、Si比率を33%以上とした場合にはサイクル特性の著しい低下が見られた。そこで、黒鉛よりも充放電時の体積変化が小さいアモルファスカーボンとSiの複合電極の作製を検討した。水熱炭素化(HTC)反応を利用することにより、カーボン被覆していないシリコンナノ粒子を用いてHTC/シリコンナノ粒子複合体を作製した。Siの混合比率を40%、電極活物質密度を2.7 mg/cm2とした電極を作製し、250 mA/gで充電容量を750 mAh/gとした場合のサイクル特性を評価したところ、80サイクル目まで750 mAh/g (2.0 mAh/cm2)の可逆容量を維持できた。しかし、黒鉛との複合電極の場合とは異なり、その後容量は大きく減少し、170サイクル目で容量が1 mAh/cm2を下回った。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Sodium titanium oxide bronze nanoparticles synthesized via concurrent reduction and Na+-doping into TiO2(B)2019

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa George、Tanaka Moeko、Vequizo Junie Jhon M.、Yamakata Akira、Hojo Hajime、Kobayashi Makoto、Kakihana Masato、Inada Miki、Akamatsu Hirofumi、Hayashi Katsuro
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 11 ページ: 1442~1450

    • DOI

      10.1039/C8NR08372J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Insights into Sodium-ion Transfer at Na/NASICON Interface Improved by Uniaxial Compression2019

    • 著者名/発表者名
      Uchida Yasuhiro、Hasegawa George、Shima Kazunari、Inada Miki、Enomoto Naoya、Akamatsu Hirofumi、Hayashi Katsuro
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1021/acsaem.9b00250

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comprehensive studies on phosphoric acid treatment of porous titania toward titanium phosphate and pyrophosphate monoliths with pore hierarchy and a nanostructured pore surface2018

    • 著者名/発表者名
      Zhu Yang、Hasegawa George、Kanamori Kazuyoshi、Nakanishi Kazuki
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry Frontiers

      巻: 5 ページ: 1397~1404

    • DOI

      10.1039/C8QI00146D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topotactic Synthesis of Mesoporous 12CaO・7Al2O3 Mesocrystalline Microcubes toward Catalytic Ammonia Synthesis2018

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa George、Moriya Shizuka、Inada Miki、Kitano Masaaki、Okunaka Masaaki、Yamamoto Takahisa、Matsukawa Yuko、Nishimi Kazuma、Shima Kazunari、Enomoto Naoya、Matsuishi Satoru、Hosono Hideo、Hayashi Katsuro
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 ページ: 4498~4502

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.8b01819

    • 査読あり
  • [学会発表] Ru-loaded mesoporous C12A7 mesocrystalline microcubes for catalytic NH3 synthesis under ambient pressure2019

    • 著者名/発表者名
      George Hasegawa, Shizuka Moriya, Masaaki Kitano, Katsuro Hayashi
    • 学会等名
      6th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
    • 国際学会
  • [学会発表] Binder-free monolithic electrodes of hierarchically porous carbon embedded with Si nanoparticles for rechargeable Li-ion battery anodes2019

    • 著者名/発表者名
      George Hasegawa, Katsuro Hayashi
    • 学会等名
      6th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
    • 国際学会
  • [学会発表] ゾル-ゲル法によるモノリス型多孔質電極の細孔特性制御と電極性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川 丈二
    • 学会等名
      日本ゾル-ゲル学会 第16回討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 架橋ポリシルセスキオキサンゲルの作製と非酸化物セラミックス多孔体への展開2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川 丈二
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 層状MAX相炭化物Ti2SC由来S/C複合材料の化学構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川 丈二
    • 学会等名
      第45回 炭素材料学会年会
  • [学会発表] Investigation of interfacial charge transfer between Na anode and solid electrolytes2018

    • 著者名/発表者名
      George Hasegawa, Yasuhiro Uchida, Kazunari Shima, Miki Inada, Naoya Enomoto, Hirofumi Akamatsu, Katsuro Hayashi
    • 学会等名
      5th Solid-State Chemistry & Ionics Workshop (5th SCI)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of porous polymer resins with high stiffness and excellent flexibility2018

    • 著者名/発表者名
      George Hasegawa, Katsuro Hayashi, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会 国際シンポジウム
    • 国際学会
  • [図書] 炭素材料科学の進展 第3章:蓄電デバイス用炭素の進展-フェノール樹脂由来ハードカーボンのナトリウムイオン吸蔵特性2018

    • 著者名/発表者名
      長谷川 丈二, 安部 武志
    • 総ページ数
      196
    • 出版者
      (独)日本学術振興会 炭素材料第117委員会
  • [備考] 九州大学大学院工学研究院応用化学部門(機能)応用無機化学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.cstf.kyushu-u.ac.jp/~hayashilab/

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi