ケイ素を用いた次世代リチウムイオン電池の創製

使用硅制造下一代锂离子电池

• 批准号: 20H00399
• 负责人: 坂口 裕樹
• 金额: $ 29.29万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00399/
• 关键词: リチウム二次電池; ケイ素系電極; 不純物元素ドープ; 金属ケイ化物; コンポジット; ケイ素系負極; リンドープ; ケイ化物; イオン液体; 単粒子測定; コンポジット化; シリサイド; イオン液体電解液; 軟X線発光分光法; 電極／電解質界面

LaSi2/Siコンポジット電極が優れた充放電サイクル寿命を示すが，それでも1200サイクル程で容量減衰してしまう．充放電前ではLaSi2マトリックス相中にSi相が微分散した組織が形成されていたことから，弾性的な機械的性質を有するLaSi2がSiからの応力を緩和し電極崩壊を抑制したと考えられる．しかしながら，充放電後には膨張したSi相中にLaSi2相が微分散した組織へ変化しており，両相の配置が逆転していることがわかった．一連の研究成果に基づきLaSi2/Si中に剛性的なケイ化物を予め添加しておけば性能をさらに改善できると着想し，CrSi2/SiおよびLaSi2/Si電極よりもCrSi2/LaSi2/Si電極が優れたサイクル寿命を示すことを明らかにしてきた．2022年度は剛性的なシリサイドを変更して充放電サイクル試験を実施するとともに，反応挙動の解明を試みた．その結果，WSi2, TaSi2, CrSi2, TiSi2, MoSi2およびNbSi2を用いた順にサイクル寿命が伸長した．膨張率の大きなLi-rich相 (LixSi, x = 3.75-2.00)の形成量を充放電試験データに基づいて調べたところ，サイクル寿命が長いほどLi-rich相の形成が抑えられていることがわかった．これまでに軟X線発光分光法に基づきSi層中のLi濃度分布を調べる手法を考案し，優れたサイクル寿命が得られるイオン液体電解液中および乏しい性能しか得られない有機電解液中においてSi電極反応挙動を調べた．後者では膨張率の大きなLi-rich相が不均質に分布しており，これが電極崩壊を引き起こしていると結論した．2022年度は被膜形成添加剤がLi濃度分布におよぼす影響を調べ，未添加の場合と比較して長期サイクルにわたりLi濃度分布が均質であることを見出した．

LaSi2/Si transistor electrode is excellent in charge of electrode life, and has a capacity degradation of 1200 nm. In the past, the Si phase was slightly dispersed and the mechanical properties of the LaSi 2 phase were reduced. LaSi2 phase is slightly dispersed in Si phase, and the configuration of LaSi2 phase is reversed. The continuous research results show that CrSi2/Si and LaSi2/Si electrodes have excellent service life by adding rigid compounds to LaSi2/Si. In 2022, CrSi2/Si and LaSi2/Si electrodes have improved their service life by adding rigid compounds to LaSi2/Si electrodes. As a result, WSi2, TaSi2, CrSi2, TiSi2, MoSi2 and NbSi2 have longer lifetimes. The expansion rate of Li-rich phase (LixSi, x = 3.75-2.00) is increased by the amount of Li-rich phase (LixSi, x = 3.75-2.00). The method of adjusting the Li concentration distribution in the Si layer by soft X-ray emission spectroscopy was studied to optimize the service life of the Si electrode in the liquid electrolyte and to adjust the reverse motion of the Si electrode in the organic electrolyte. In the latter case, the expansion ratio is large, the Li-rich phase is heterogeneous, and the electrode breakdown is caused. In 2022, the influence of the additive on the Li concentration distribution in the coating formation is adjusted. In the case where no additive is added, the Li concentration distribution is homogeneous for a long time.

项目成果

Effect of Sn Addition on the Anode Properties of SiO<i>_x</i> for Lithium-Ion Batteries

Sn添加对锂离子电池SiO<i>_x</i>负极性能的影响

• DOI: 10.5796/electrochemistry.22-00038
• 发表时间: 2022
• 期刊: Electrochemistry
• 影响因子: 2.5
• 作者: HIRONO Tomoki;USUI Hiroyuki;DOMI Yasuhiro;NISHIDA Takahiro;IRIE Wataru;SAWADA Toshiyuki;SAKAGUCHI Hiroki
• 通讯作者: SAKAGUCHI Hiroki

種々の不純物元素をドープしたルチル型TiO2からなる電極のリチウム二次電池負極特性

掺杂各种杂质元素的金红石型TiO2电极的锂二次电池负极特性

• 发表时间: 2021
• 作者: Tahara Keishiro;Koyama Haruya;Fujitsuka Mamoru;Tokunaga Ken;Lei Xu;Majima Tetsuro;Kikuchi Jun-Ichi;Ozawa Yoshiki;Abe Masaaki;グエンテイハイ，薄井洋行，道見康弘，坂口裕樹
• 通讯作者: グエンテイハイ，薄井洋行，道見康弘，坂口裕樹

機能の異なる二種のシリサイドを含有するSiコンポジット電極のLi二次電池負極特性

含有两种不同功能硅化物的硅复合电极的锂二次电池负极特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Hu Shuaifeng;Truong Minh Anh;Otsuka Kento;Handa Taketo;Yamada Takumi;Nishikubo Ryosuke;Iwasaki Yasuko;Saeki Akinori;Murdey Richard;Kanemitsu Yoshihiko;Wakamiya Atsushi;〇日野望絵瑠，道見康弘，薄井洋行，西川慶，坂口裕樹
• 通讯作者: 〇日野望絵瑠，道見康弘，薄井洋行，西川慶，坂口裕樹

SEM-SXESによるリチウム二次電池用Si系負極の反応挙動解析

使用SEM-SXES分析锂二次电池硅基负极的反应行为

• 发表时间: 2022
• 作者: Kumar Maurya Yogesh;Wei Pingchun;Shimada Takahide;Yamasumi Kazuhisa;Mori Shigeki;Furukawa Ko;Kusaba Hajime;Ishihara Tatsumi;Xie Yongshu;Ishida Masatoshi;Furuta Hiroyuki;島川 祐一;〇道見康弘
• 通讯作者: 〇道見康弘

希土類シリサイドを用いた新規リチウム二次電池用Si系負極の創製

使用稀土硅化物创建用于锂二次电池的新型硅基负极

• 发表时间: 2021
• 作者: Li Chengjie;Li Qizhao;Shao Jiewei;Tong Zhangfa;Ishida Masatoshi;Baryshnikov Glib;Agren Hans;Furuta Hiroyuki;Xie Yongshu;〇道見康弘，薄井洋行，岡阪拓親，坂口裕樹
• 通讯作者: 〇道見康弘，薄井洋行，岡阪拓親，坂口裕樹