2018 年度研究成果報告書

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

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研究課題/領域番号	16K05935
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	無機工業材料
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 / サイズ効果 / カーボン被覆 / リチウムイオン二次電池 / 高エネルギー密度化
研究成果の概要	本研究では、安価で大量生産に向いているトップダウン手法により作製したシリコンナノ粒子を、様々なカーボン材料と複合化させることで、リチウムイオン電池負極を作製し、その高エネルギー密度化の検討を行った。導電助剤、バインダー、電解液などの条件を最適化し、様々な複合電極を作製・電極特性評価を行ったところ、比較的粒径の小さい鱗片状天然黒鉛粉末とシリコンナノ粒子を複合化させることで、電流密度200 mA/gで200サイクル後に約440 mAh/g (約1.5 mAh/cm2)の容量を維持できた。さらなる高エネルギー密度化には、シリコンの混合比率の増加より電極活物質密度を高める方が好ましいと考えられる。
自由記述の分野	多孔質電極材料
研究成果の学術的意義や社会的意義	シリコンウエハーの製造時に産業廃棄物として生じるシリコン切粉を再利用する方法の手段として、リチウムイオン二次電池負極を提案した。本研究では、エネルギー密度の点で実用化されている電極に近い条件で測定を行い、その実現可能性を判断する材料となりうるデータを収集した。今後、大量に古くなった太陽光パネルの廃棄物が出ると予想されるが、それに用いられているシリコン基板を同様の機械的粉砕によりナノ粒子としたものにも本研究の知見を利用することができると考えられる。