| 研究実績の概要 |
前年度までに金属溶湯脱成分法で作製されるナノポ－ラスSiには前駆合金由来のMgと金属浴成分由来のBiがn型ド－パントとして存在しており（「不可避ド－パントと呼ぶ）、それらがSiの電気伝導性を向上させていることが明らかになった。この結果を基にして本年度ではナノポ－ラスSi中のド－パントを制御する手法を検討した。前駆合金Mg-(Si,D)(D：ド－パント）をBi金属浴に浸漬して脱成分する際にBi浴中に溶出しないDを平衡状態図や混合熱を参考に検討し、DとしてP（n型）、Al（p型）を注入することにした。これらのDを注入したMg-(Si,D)前駆合金をBi金属浴中で脱成分処理したところDが注入されたナノポーラスSiが得られた。Siのポアサイズやリガメントサイズにド－パントはほどんど影響しなかった。ド－パントが注入されたナノポ－ラスSiをLIB負極に用いたところ、サイクル特性や容量の明確な改善は見られなかった。この理由は意図的にドープされたDが不可避ド－パントとキャリア補償を生じ、結果としてド－パント濃度が低下したためと考察する。従って、本プロセスを用いてSiにド－パントを注入する際には不可避ド－パントと伝導型が同じn型のド－パントを注入する必要があることが明らかになった。
国際共同研究においては、米国ブルックヘブン国立研究所シンクロトロンX線を用いて充放電を繰り返したナノポ－ラスSiハ－フセルの内部観察を行い、充放電に伴いSi活物質が微粉化していく様子や過剰なSEIの成長によるポアの消失が観察され、活物質の劣化の過程を明らかにすることができた。
また、本研究で開発されたナノポ－ラスSiを負極活物質として、リチウムイオン伝導固体であるLiBH4を電解質に用いることで、1000 mAh/g以上の容量を有する全固体電池負極の開発にも成功している。
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