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

锂离子电池层状硅电极的反应控制及其反应机理

基本信息

批准号：
21H02054
负责人：
唐捷
金额：
$ 10.98万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

The purpose of this study is to develop layered electrode materials with high performance and high usability. To achieve this goal, the film thickness is controlled and the layered structure is normalized. The processing method of the present invention for the preparation of layered film is necessary for the treatment process in aqueous sulfuric acid solution at low temperature (-20 DEG C) for more than 7 days, and film thickness control is easy. This year, the applicant for the project has developed a new method for manufacturing layered systems. The manufacturing method is characterized by introducing CO2 into the layered raw material, utilizing the reaction mixture and heating the reaction mixture, and greatly shortening the manufacturing time by about 10 minutes. This method of manufacture is based on film thickness control and reproducibility control. The charge-discharge capacity and charge-discharge characteristics of the layered electrode are obtained. For example, the initial Li capacity is 800 mAh/g, and the preparation method is 1300mAh/g. This year, the development of new manufacturing methods, Raman spectrum measurement and XPS measurement, and the formation of alloying reactions (LixSi formation) on thick and heterogeneous layered electrodes have been discussed.