リチウムイオン二次電池の更なる高性能化に向けた新規負極材料の開発と評価

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平成17年度までの研究で各種組成の電析Ni-Sn合金薄膜を作製、評価した結果、Ni : Sn比を38:62に制御することにより炭素の3.7倍の体積エネルギー密度を150サイクル以上実現することに世界に先駆けて成功した。また、本電極の優れた特性についてより知見を深めSn系負極材料の設計指針を提示するためには、電極の内部応力や構造のin-situ測定等による、多角的な評価が不可欠であることが示唆された。本年度は電極特性と強い相関関係があることが知られている電極の電気化学的反応の影響に注目した。まず独自のin-situ変位測定システムを立ち上げ、電気化学反応に伴う体積変化の影響を検討した。その結果Ni_<38>Sn_<62>電極はSn電極に比べ長い電極寿命を有するにも関わらず、より大きな内部応力が生じていることが示唆された。これは電極の体積変化に加え、電極材料の硬度やヤング率といった物性が応力に著しい影響を与えることを示しており、簡易モデルを用いた理論計算の結果とも整合している。さらに開回路時の応力緩和が初めて観測され、本系における電極内部応力の発生および遷移現象も明らかにした。また、本手法の立ち上げで培った知見を生かし、膜厚、形状、および構造のin-situ測定法も確立した。これら新規システムの複合により応力、構造、表面形態、膜厚の各パラメータを電流-電位の変化と共に評価することが可能となり、今後電気化学プロセスと固体化学反応の相関性や、電極の劣化モデルの構築につながると期待される。上記研究業績は次世代高エネルギーデバイス用電極材料の開発、および本質的な材料設計指針の確立、応用技術へとつながるものである。