次世代蓄電池のための多電子反応負極の研究

シリコンはリチウムイオンと合金化することによりシリコン1gあたり4000mAh程度の容量を示し、この値は黒鉛1gあたりの容量の372mAhの10倍以上となる。一方、シリコン負極の最大の課題として、その体積膨張が挙げられる。4000mAh/gの容量を示す場合、体積が4倍程度増加する。電池内の体積膨張は電極の著しい劣化が生じ、電池としては使い物にならない。また、シリコンとリチウムが合金化するとシリコン粒子が微粉化し、電子伝導のパスが切れ、使えないシリコン粒子が生成する。これらの大きな二つの課題を解決するために、炭素材料とシリコンを複合化させ、その電気化学特性を検討する研究が世界中の産官学の研究者によって行われている。それらの研究により、シリコン負極の研究は進歩したが、まだ多くの課題が残っていた。そこで、高速充放電反応が可能なリチウムイオン電池用炭素微小球体を用い、これとシリコンナノ粒子を複合化させるアイデアを出し、これによってシリコン負極特性の飛躍的な向上を目指した。この複合体をさまざまなバインダーを用いて、電極を作製し、これの電気化学特性を一般的にリチウムイオン電池で用いられる電解液を使用して調べた。その結果、炭素微小球体と混合することにより、初回効率、サイクル特性とも著しく向上することが分かった。今後、この研究を発展させ、シリコン負極の実現に向けて研究を進めていく予定である。

シリコンはリチウムイオンと合金化することによりシリコン1gあたり4000mAh程度の容量を示し、この値は黒鉛1gあたりの容量の372mAhの10倍以上となる。一方、シリコン負極の最大の課題として、その体積膨張が挙げられる。4000mAh/gの容量を示す場合、体積が4倍程度増加する。電池内の体積膨張は電極の著しい劣化が生じ、電池としては使い物にならない。また、シリコンとリチウムが合金化するとシリコン粒子が微粉化し、電子伝導のパスが切れ、使えないシリコン粒子が生成する。これらの大きな二つの課題を解決するために、炭素材料とシリコンを複合化させ、その電気化学特性を検討する研究が世界中の産官学の研究者によって行われている。それらの研究により、シリコン負極の研究は進歩したが、まだ多くの課題が残っていた。そこで、高速充放電反応が可能なリチウムイオン電池用炭素微小球体を用い、これとシリコンナノ粒子を複合化させるアイデアを出し、これによってシリコン負極特性の飛躍的な向上を目指した。この複合体をさまざまなバインダーを用いて、電極を作製し、これの電気化学特性を一般的にリチウムイオン電池で用いられる電解液を使用して調べた。その結果、炭素微小球体と混合することにより、初回効率、サイクル特性とも著しく向上することが分かった。今後、この研究を発展させ、シリコン負極の実現に向けて研究を進めていく予定である。