異種界面エネルギー整合に基づく全固体Liイオン電池向け高安定高密度負極の設計

＜粉体表面自由エネルギーSFE計測系の構築とナノ粒子のSFE計測＞ナノサイズの粒状体の表面自由エネルギーを計測するWashburn測定システムを組み上げた。従来方式のナノ粒状体を対象とした時の課題を洗い出し，計測の再現性を高めることに成功した。平板Siと同様に，ナノ粒子においても酸化抑制に伴いSFE極性成分が低下する傾向が得られた。しかしSFE分散成分は小さく，曲率半径の減少により総SFEも低下する傾向が認められた。＜プラズマスプレー法によるナノ粒子SFEの変調制御性と徐酸化反応の定量化＞プラズマスプレー法によるナノ粒子生成環境と条件を調整し，同一粒度分布を有するナノ粒子を生成しながら，表面酸化度を低減させうることを実証した。新たに見出された興味深い点は，比較的酸化度の高い粒子表面はSiの酸化膜のSi-O結合種割合を記述するRBMモデルに従う傾向に対して，低酸素分圧低温下で徐酸化処理を施した粒子は，3価以上のSi-O結合が抑制された表面構造に調製され，当該粒子はハンドリングに十分な時間，大気雰囲気下でも安定存在できることを見出した。ナノ粒子生成直後の徐酸化時に複数の冷却条件並びに酸素分圧条件を設定し，その場計測した温度履歴と当該粒子の酸化度の計測結果を利用して， 4価の酸化を仮定した徐酸化の総括反応を定量評価した。バルク体に対してナノ粒子化に伴い活性化エネルギーが低下し酸化進行しやすくなるが，800K以下では反応速度定数が顕著に低下することから本温度以下への急冷により酸化を効果的に抑制しうる可能性が明らかとなった。

＜粉体表面自由エネルギーSFE計測系の構築とナノ粒子のSFE計測＞ナノサイズの粒状体の表面自由エネルギーを計測するWashburn測定システムを組み上げた。従来方式のナノ粒状体を対象とした時の課題を洗い出し，計測の再現性を高めることに成功した。平板Siと同様に，ナノ粒子においても酸化抑制に伴いSFE極性成分が低下する傾向が得られた。しかしSFE分散成分は小さく，曲率半径の減少により総SFEも低下する傾向が認められた。＜プラズマスプレー法によるナノ粒子SFEの変調制御性と徐酸化反応の定量化＞プラズマスプレー法によるナノ粒子生成環境と条件を調整し，同一粒度分布を有するナノ粒子を生成しながら，表面酸化度を低減させうることを実証した。新たに見出された興味深い点は，比較的酸化度の高い粒子表面はSiの酸化膜のSi-O結合種割合を記述するRBMモデルに従う傾向に対して，低酸素分圧低温下で徐酸化処理を施した粒子は，3価以上のSi-O結合が抑制された表面構造に調製され，当該粒子はハンドリングに十分な時間，大気雰囲気下でも安定存在できることを見出した。ナノ粒子生成直後の徐酸化時に複数の冷却条件並びに酸素分圧条件を設定し，その場計測した温度履歴と当該粒子の酸化度の計測結果を利用して， 4価の酸化を仮定した徐酸化の総括反応を定量評価した。バルク体に対してナノ粒子化に伴い活性化エネルギーが低下し酸化進行しやすくなるが，800K以下では反応速度定数が顕著に低下することから本温度以下への急冷により酸化を効果的に抑制しうる可能性が明らかとなった。