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2019 年度 研究成果報告書

リチウム吸蔵能の高いシリコンナノクラスター担持多孔質炭素小球体負極材料の作製

研究課題

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研究課題/領域番号 16K06734
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 無機材料・物性
研究機関群馬工業高等専門学校

研究代表者

太田 道也  群馬工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40168951)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードSiナノ粒子 / リチウム吸蔵能 / 多孔質炭素小球体 / 負極材料 / リチウムイオン二次電池
研究成果の概要

リチウム吸蔵能が高いケイ素含有炭素負極材料を作製して大容量化を検討した。粒径50 nmのケイ素ナノ粒子または有機ケイ素化合物とポリエチレングリコール、熱硬化性樹脂、酸触媒を融解温度で加熱攪拌した後、1000 ℃で炭素化処理を行うと粒径が2-3μmで表面に開孔を有するケイ素含有多孔質炭素小球体(Si-CMS)が得られることを見出した。コイン型電池で充放電特性を調べた結果、ケイ素を3 wt%含有するSi-CMSでCMSの1.7倍高い容量を示した。有機ケイ素系では粒径30 nmのナノ粒子が生成し、初回放電容量が840 mAh/g と高い値を示した。いずれもSiが効果的であるという成果を得た。

自由記述の分野

工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義:ケイ素はリチウム吸蔵能があり、負極電極として4200 mAh/gの高い理論容量が報告されている。しかし、ケイ素は電子伝導が悪く、リチウムの吸・脱着時に100倍を超える体積の膨張・収縮が発生して粉砕化するため電極には適さない。そこで、本研究のように多孔質炭素小球体の孔内にケイ素ナノ粒子を担持できれば問題点を解決して放電容量の増加が期待できる。
社会的意義:日常生活では電子機器の発達や電気自動車への移行にともない高容量のエネルギー貯蔵デバイスが期待されている。黒鉛の11倍の理論容量を持ち、リチウム吸蔵の高いケイ素系電極を導入できれば世界のエネルギー情勢を大きく変革できる。

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公開日: 2021-02-19  

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