Reaction control of layered silicon electrode in lithium-ion battery and its reaction mechanism

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本研究の目的は、層状シリコン負極の電極反応メカニズムを明らかにするとともに、高性能でかつ実用性を兼ね備えた層状シリコン負極材を開発することである。目的達成に当たっては、膜厚を制御した層状シリコン(規格化した層状シリコン)の作製が鍵となる。しかし、課題申請者らの従来の層状シリコンの作製方法では、低温(-20 °C)の塩酸水溶液中での7日以上の処理過程が必要であり、膜厚制御も容易ではなかった。本年度、課題申請者らは、新たな層状シリコンの作製方法を開発した。本作製方法では、CO2ガスを層状原材料に導入して、インターカレーション反応及び加熱反応を利用することで、作製が10時間程度に大幅に短縮できることを見出した。さらに、本作製方法では、膜厚の制御も再現性よく制御することが可能であった。得られた層状シリコン電極の充放電容量及びサイクル特性は従来のものよりも優れた特性を示した。例えば、初期放電容量は従来の方法では800 mAh/g、本作製法では1300mAh/gであった。本年度は、新規作製方法の開発と併行して、Ramanスペクトル測定及びXPS測定によって、厚さの異なる層状シリコン電極で合金化反応(LixSiの生成)が起こっているかについて検討を行っている。