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2016 年度 実績報告書

カーボンナノチューブ複合めっき法を活用した新規リチウムイオン電池負極構造の構築

研究課題

研究課題/領域番号 26289270
研究機関信州大学

研究代表者

新井 進  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (20313835)

研究分担者 清水 雅裕  信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (90780601)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードリチウムイオン電池 / 負極 / スズ / カーボンナノチューブ / めっき
研究実績の概要

平成28年度は,カーボンナノチューブ(CNT)複合めっき技術を活用して高容量でかつ優れたサイクル特性を有するリチウムイオン電池用スズ系負極構造を構築するために、(1)負極構造への熱処理が充放電特性に与える影響、(2)負極構造の作製方法が充放電特性に与える影響について調査した。
熱処理が充放電特性に与える影響については、スズの融点(232℃)を考慮し、固相拡散が起こる200℃とスズの融解と融解したスズへの銅の溶解が起こる250℃でそれぞれ真空中で熱処理し、微細構造変化および充放電特性変化を検討した。その結果、200℃では相互拡散によるCu6Sn5相の形成が確認されたが、充放電特性の明らかな向上は確認できなかった。これは熱処理無しの場合と同様に、200℃ではCNT表面に析出したスズが充放電試験によりCNTから滑落したためと考察された。一方、250℃ではCNT表面に析出したスズが融解することによりCNT表面から移動し、銅基板表面に析出したスズと一体化していた。また、熱処理時に融解スズへの銅の溶解が起こり、厚いCu6Sn5相の形成が形成した。この負極構造は熱処理前のサンプルと比較して明らかな充放電特性の向上が確認された。
負極構造の作製方法については、基板の銅と活物質であるスズの界面におけるCNT量を増大させる目的で、銅/CNT複合めっき膜表面に電気泳動法により多くのCNTを固定する手法を検討した。CNTの固定法として電気泳動法を用い、スズめっき法には無電解法を用いて、多量のCNTが界面に存在する負極構造の作製を可能とした。本手法により作製した負極は充放電サイクル試験50サイクル後においても、500 mA h g-1(現行グラファイトの1.3倍以上)の高容量を維持することを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 10件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Micro-Scale Columnar Architecture Composed of Copper Nano Sheets by Electrodeposition Technique2017

    • 著者名/発表者名
      Susumu Arai, Masaya Ozawa, Masahiro Shimizu
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 2 ページ: D72-D74

    • DOI

      10.1149/2.1101702jes

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Li-insertion/extraction properties of three-dimensional Sn electrode prepared by facile electrodepositon mehtod2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, Mendsaikhan Munkhbat, Susumu Arai
    • 雑誌名

      Journal of Applied Electrochemistry

      巻: 18 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/S10800-017-1075-0

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Three-dimensional (3D) Copper/Carbon Nanotube Composite Film by One-Step Electrodeposition2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Arai, Masaya Ozawa, Masahiro Shimizu
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 14 ページ: D774-D779

    • DOI

      10.1149/2.0971501jes

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 三次元銅集電体-Sn 電極のリチウムイオン電池負極特性2017

    • 著者名/発表者名
      Munkhbat Mendsaikhan,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      首都大学東京(八王子市)
    • 年月日
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [学会発表] 多価金属塩含有電解液中におけるリチウム金属負極の電気化学的挙動2017

    • 著者名/発表者名
      梅木 誠,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      首都大学東京(八王子市)
    • 年月日
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [学会発表] 電析法により作製した銅三次元構造体を集電体に用いたSn 負極の電気化学的Na 挿入-脱離特性2017

    • 著者名/発表者名
      八塚涼輔,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      首都大学東京(八王子市)
    • 年月日
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [学会発表] 無電解めっき法によるナトリウムイオン電池負極用ニッケル被覆黒リンの創製2017

    • 著者名/発表者名
      津島湧使,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      首都大学東京(八王子市)
    • 年月日
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [学会発表] 硫酸銅浴を用いた銅/単層カーボンナノチューブ複合めっき膜の創製2017

    • 著者名/発表者名
      小笠原孝之,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第135回講演大会
    • 発表場所
      東洋大学(川越市)
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-10
  • [学会発表] めっき法により作製した三次元銅構造体の形成メカニズム解析2017

    • 著者名/発表者名
      山本貴大,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第135回講演大会
    • 発表場所
      東洋大学(川越市)
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-10
  • [学会発表] 次世代リチウムイオン電池負極を指向したカーボンナノチューブ/Sn複合自立膜の創製2017

    • 著者名/発表者名
      清水俊也,清水雅裕,堅田有信,藤原秀悦,上島 貢,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第135回講演大会
    • 発表場所
      東洋大学(川越市)
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-10
  • [学会発表] 三次元銅集電体へのシリカ担持およびそのリチウムイオン電池負極特性2017

    • 著者名/発表者名
      平原弘一,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第135回講演大会
    • 発表場所
      東洋大学(川越市)
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-10
  • [学会発表] Auナノ粒子担持多層カーボンナノチューブの創製2017

    • 著者名/発表者名
      平出勇太,清水雅裕,藤波知之,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第135回講演大会
    • 発表場所
      東洋大学(川越市)
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-10
  • [学会発表] めっき法により作製したリチウムイオン電池用機能性集電体2016

    • 著者名/発表者名
      清水雅裕,松永浩希,伊藤達哉,新井 進
    • 学会等名
      電気化学会東海・北海道支部合同シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2016-11-23 – 2016-11-24
  • [学会発表] 熱および電気伝導性材料を指向したSWCNT自立膜/銅複合材料の作製と表面エッチング処理2016

    • 著者名/発表者名
      桐畑恭平,植田美代加,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] Cu/CNT複合めっき膜を活用したSn系リチウムイオン電池負極の創製2016

    • 著者名/発表者名
      小林政貴,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] 無電解めっき法によるリチウムイオン電池用Cu-Sn三次元構造体負極の創製2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤達哉,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] 電気泳動法を用いたカーボンナノチューブ補強型スズ系リチウムイオン電池負極の創製2016

    • 著者名/発表者名
      松永浩希,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] 燃料電池用CNT/Au触媒の開発2016

    • 著者名/発表者名
      平出勇太,清水雅裕,藤波知之,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] フォトレジストを用いた電気めっき法による銅三次元構造体パターンの創製2016

    • 著者名/発表者名
      小澤雅也,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] 銅三次元構造体をテンプレートとした高比表面積を有する白金系電極の創製2016

    • 著者名/発表者名
      小林雪真,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      日本化学会秋季事業第6回CSJ化学フェスタ2016
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京)
    • 年月日
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [学会発表] プラズマ処理が単層カーボンナノチューブ自立膜への銅電析に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      桐畑恭平,植田美代加,清水雅裕,新井 進,堅田有信,上島 貢
    • 学会等名
      第47回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学(豊橋市)
    • 年月日
      2016-11-05 – 2016-11-06
  • [学会発表] 化学還元析出法を用いたカーボンナノチューブ(CNT)上へのAuナノ粒子の担持2016

    • 著者名/発表者名
      平出勇太,清水雅裕,藤波知之,新井 進
    • 学会等名
      第47回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学(豊橋市)
    • 年月日
      2016-11-05 – 2016-11-06
  • [学会発表] リチウムイオン電池用カーボンナノチューブ補強型Snめっき膜負極の創製2016

    • 著者名/発表者名
      松永浩希,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      第47回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学(豊橋市)
    • 年月日
      2016-11-05 – 2016-11-05
  • [学会発表] Fabrication of Functional Metal/Carbon Nanotube Composites Using Plating Technique2016

    • 著者名/発表者名
      S. Arai
    • 学会等名
      BIT's 6th Annual World Congress of Nano Science & Technology-2016
    • 発表場所
      Holiday Inn Singapore Atrium, Singapore
    • 年月日
      2016-10-26 – 2016-10-28
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of Tin-Plated Three-Dimensional Copper Nanostructure Using Electroless Plating and Its Anode Performance in Lithium-Ion Battery2016

    • 著者名/発表者名
      T. Itoh, M. Shimizu, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and Electrochemical Evaluation of Tin PlatedThree-dimensional Copper Nanostructured Anode for Lithium Ion Battery2016

    • 著者名/発表者名
      M. Munkhbat, M. Shimizu, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] An Assessment of Copper Electrodeposition into Buckypepar consisted of Single-Walled Carbon Nanotube2016

    • 著者名/発表者名
      K. Kirihata, S. Arai, A. Katada, M. Hirota, M. Uejima
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of an MWCNT-Reinforced Tin Anode for Use in Lithium Ion Batteries By Electrodeposition in Sulfuric Acid2016

    • 著者名/発表者名
      K. Matsunaga, M. Shimizu, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of Porous Silicon Nanoparticles Prepared by Alkaline Process as an Anode for Lithium Ion Battery2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Sugawara, M. Shimizu, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of Lithium-Ion Battery Tin Anode Utilizing Cu/CNT Composite Plating Method2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, M. Shimizu, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Selective Copper Electrodeposition to a 3D Copper Nanostructure2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kobayashi, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Three-dimensional Cu/CNT Composite Film by Electrodeposition2016

    • 著者名/発表者名
      M. Ozawa, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical Fabrication of Gold Nanoparticle Catalyst on CNTs for Glucose Fuel Cells2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hiraide, S. Arai
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02 – 2016-10-07
    • 国際学会
  • [学会発表] 置換めっき法を用いたCu-Sn三次元構造体の作製2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤達哉,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02
  • [学会発表] 銅三次元構造をテンプレートとした高比表面積白金電極の作製2016

    • 著者名/発表者名
      小林雪真,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02
  • [学会発表] EDTA浴からのCNT/Cu複合めっき膜中のCNT含有量の増大に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      小林政貴,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02
  • [学会発表] 電極の水平配置を利用したCu/CNT複合めっきに関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      平出勇太,清水雅裕,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02
  • [学会発表] 各種CNTが三次元Cu/CNT複合めっき膜の構造に与える影響2016

    • 著者名/発表者名
      小澤雅也,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02
  • [学会発表] 三次元Cu/CNT複合構造体へのSnの析出形態に与える電析条件の影響2016

    • 著者名/発表者名
      Munkhbat Mendsaikhan,清水雅裕,植田美代加,新井 進
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-02

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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