| 研究課題/領域番号 |
16K05949
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪市立工業研究所 |
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研究代表者 |
山本 真理 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 電子材料研究部, 研究主任 (20416332)
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| 研究分担者 |
高橋 雅也 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 電子材料研究部, 研究主幹 (90416363)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | シリコン / 中空粒子 / 全固体電池 / 硫化物固体電解質 |
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| 研究実績の概要 |
有機電解液を無機固体電解質に替えた全固体リチウムイオン電池は、高い安全性・信頼性、広い温度域での充放電、高エネルギー密度、高出力が期待される。特に、硫化物系SEは常温加圧で粒界抵抗のない固体電解質層を形成できるため、硫化物系SEを用いた全固体電池は、自動車や航空機の蓄電池、定置用大型蓄電池への実用化の可能性が最も高い。
負極活物質として高い理論容量をもつシリコンがエネルギー密度の向上に有効と考えられるが、リチウムイオン電池では体積膨張収縮によるサイクル劣化により実用化が困難である。一方、硫化物系全固体電池へシリコンを適用した場合の課題と対策は、国内外において明らかでない。
全固体電池において、充放電によりシリコンの体積膨張収縮により固体電解質層の割れやSi/SE層間剥離によるイオン・電子伝導経路の寸断が想定される。そこで、シリコンの嵩密度がリチウムの挿入脱離で変化しない構造体として、中空・ポーラス構造の形態が全固体電池に適すると着想した。
平成28年度は、シリカナノ粒子や中空状メソポーラスシリカ粒子を合成し、マグネシウムを用いてシリコンへ熱還元することに成功した。粒子径80nmのシリカナノ粒子を熱還元すると、粒子径は100nm程度となり、一部は、一次粒子径が10nm、二次粒子径が100nm程度の凝集体となった。一方、粒子径400nm、中空内径300nmの中空状シリカ粒子を熱還元すると、中空形態を維持せず、ミクロンサイズの粒子、および一次粒子径が10nmの凝集体が得られた。得られたシリコン粒子を硫化物系全固体電池の負極活物質とし充放電特性を調べた。その結果、初期充電容量1888 mAh g-1で初期効率が低く、液系のリチウムイオン電池並みであった。これは、合成したシリコン中の酸化物の残留割合が高いためと考えられる。一方、サイクル試験では、比較的良好な特性が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成28年度はシリカの熱還元でシリコンへ還元することができ、それを負極活物質に用い全固体電池として作動したことから、順調に推移していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
熱還元シリコン中の酸化物の残留割合が高いため、初期不可逆容量は高かったが、比較的良好なサイクル特性が得られた。しかし、熱還元により中空シリカの形態が破壊されたことから、中空状のシリコンの特性を調べることができなかった。今後、ポーラスシリカなどの多孔質材料について熱還元を検討し、多孔質のシリコンの作製を検討する。また、セルの拘束圧とシリコンの多孔度との関係を調べる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予定していた測定装置が、弊所の既存装置へのアタッチメントで対応可能であったため、予定価格より低くなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度繰越分は、既存装置であるグローブボックスへの露点計の設置 48万円、学会出張2回 15万円、消耗品 50万円、備品（ホットプレート、反応容器など）53万円に使用予定。
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