アルカリ金属イオン二次電池負極材料の創製とそれを活かす機能性界面の構築

資源量が豊富で原料の入手が容易なナトリウムを用いたナトリウム二次電池（NIB）は，定置用などの大型電源として有望な蓄電デバイスであり大きな注目を集めている．その負極にハードカーボンを用いた場合には約250 mA h g-1の可逆容量で充放電することが報告されているが，電池の高エネルギー密度化のためにはより多くのNa吸蔵を可能とする高容量負極材料の開発が必要である．LIBの負極としてのSiはLiとの合金化－脱合金化により高い可逆容量を示すが，NIB負極としてのSiについては可逆的にNaを吸蔵－放出した例はこれまでに報告されていない．もしSiが電気化学的にNaを吸蔵しNaSi相を形成するならば954 mA h g-1の高い理論容量を示すため，NIB用負極活物質として非常に有望なものとなる．報告者はSiO4四面体マトリックス中に微分散した状態である一酸化ケイ素（SiO）中のSiが塊状のそれよりも高活性であると推察し，このような状態のSiならNaとの電気化学的反応が進行するのではないかと考えた．本研究では，これを検証することを目的として SiOの負極特性を評価した．充放電試験によりSiO電極が220 mA h g-1の可逆容量を示し，SiとNaとの電気化学的合金化反応を実現させることに成功した．また得られた容量は他の研究者が計算化学により示した値と非常に近いものであった．様々な結晶子サイズを有するSiOをメカニカルミリングにより調製し，それらのサイズとSiO電極の可逆容量を調査した結果，SiO4四面体マトリックス中に微分散するSiがクラスター状態に近いほどNaに対する反応性が大きいことが明らかとなった（J. Alloys Compd., 640 (2015) 440-443.）．

資源量が豊富で原料の入手が容易なナトリウムを用いたナトリウム二次電池（NIB）は，定置用などの大型電源として有望な蓄電デバイスであり大きな注目を集めている．その負極にハードカーボンを用いた場合には約250 mA h g-1の可逆容量で充放電することが報告されているが，電池の高エネルギー密度化のためにはより多くのNa吸蔵を可能とする高容量負極材料の開発が必要である．LIBの負極としてのSiはLiとの合金化－脱合金化により高い可逆容量を示すが，NIB負極としてのSiについては可逆的にNaを吸蔵－放出した例はこれまでに報告されていない．もしSiが電気化学的にNaを吸蔵しNaSi相を形成するならば954 mA h g-1の高い理論容量を示すため，NIB用負極活物質として非常に有望なものとなる．報告者はSiO4四面体マトリックス中に微分散した状態である一酸化ケイ素（SiO）中のSiが塊状のそれよりも高活性であると推察し，このような状態のSiならNaとの電気化学的反応が進行するのではないかと考えた．本研究では，これを検証することを目的として SiOの負極特性を評価した．充放電試験によりSiO電極が220 mA h g-1の可逆容量を示し，SiとNaとの電気化学的合金化反応を実現させることに成功した．また得られた容量は他の研究者が計算化学により示した値と非常に近いものであった．様々な結晶子サイズを有するSiOをメカニカルミリングにより調製し，それらのサイズとSiO電極の可逆容量を調査した結果，SiO4四面体マトリックス中に微分散するSiがクラスター状態に近いほどNaに対する反応性が大きいことが明らかとなった（J. Alloys Compd., 640 (2015) 440-443.）．