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

碱金属离子二次电池负极材料的制作及其功能界面的构建

基本信息

批准号：
14J11485
负责人：
清水雅裕
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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.）．

使用资源丰富且易于获得原材料的钠的钠辅助电池（NIBS）是一种有前途的电源存储设备，作为固定用途的大电源，引起了极大的关注。据报道，当硬碳用于负电极时，它将以约250 mA H G-1的可逆容量充电和放电，但是为了增加电池的能量密度，有必要开发高容量负电极材料，以允许NA存储更多。 Si作为LIB的负电极由于合金和与LI的合金销售而表现出很高的可逆能力，但迄今为止尚无示例，迄今为止，Na被吸收并释放为Si作为Nib的负电极可逆的。如果Si电化学从吸收Na并形成NASI相，则其表现为954 MA H G-1的高理论能力，使其成为NIB的非常有希望的负电极活性材料。记者怀疑在一氧化硅（SIO）中的SI是一种在SIO4四面体基质中分散的状态，比大块的SIO4四面体基质更活跃，并且认为该状态下的SI在与Na的电化学反应中会进展。在这项研究中，我们评估了SIO的负电极性能，目的是验证这一点。 SIO电极通过充电和放电测试表现出220 mA H G-1的可逆电容，并能够实现SI和NA之间的电化学合金反应。获得的体积非常接近使用计算化学的其他研究人员所显示的值。通过机械铣削制备具有各种晶体大小的SIO，研究了SIO电极的大小和可逆电容，并且发现SIO较近的SI越接近SI的群集状态，对Na的反应越大（J. Alloys Compd。，640（2015）440-440-443）。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

顕微ラマン分光法を用いたリチウムイオン電池用Si負極の劣化解析

利用显微拉曼光谱分析锂离子电池硅负极的劣化

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
黒崎健二;生駒大洋;清水雅裕，薄井洋行，坂口裕樹
通讯作者：
清水雅裕，薄井洋行，坂口裕樹

リンをドープしたケイ素からなる負極の反応挙動の解明

磷掺杂硅负极反应行为的阐明

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroyuki Usui;Kazuma Nouno;Yuya Takemoto;Kengo Nakada;Akira Ishii;Hiroki Sakaguchi;道見康弘，柿本雄太，清水雅裕，薄井洋行，青木菜々，近藤敏啓，坂口裕樹
通讯作者：
道見康弘，柿本雄太，清水雅裕，薄井洋行，青木菜々，近藤敏啓，坂口裕樹

次世代リチウム二次電池用Si負極へのイオン液体電解液の適用

离子液体电解质在下一代锂二次电池硅负极中的应用

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Shimizu;H. Usui;H. Sakaguchi;清水雅裕
通讯作者：
清水雅裕

イオン液体のアニオン構造がSi系電極のリチウム二次電池負極特性におよぼす効果

离子液体阴离子结构对硅基电极锂二次电池负极特性的影响

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
O. Takakuwa;Y. Mano;H. Soyama;山口和輝，薄井洋行，清水雅裕，道見康弘，松本訓伸，野上敏材，伊藤敏幸，坂口裕樹
通讯作者：
山口和輝，薄井洋行，清水雅裕，道見康弘，松本訓伸，野上敏材，伊藤敏幸，坂口裕樹

イオン液体のカチオン構造がLi4Ti5O12電極のリチウム二次電池負極性能におよぼす効果

离子液体的阳离子结构对Li4Ti5O12电极锂二次电池负极性能的影响

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Osamu Takakuwa;Yuta Mano;Hitoshi Soyama;薄井洋行，伊藤帆高，坂口裕樹;眞野　優太，髙桑　脩，祖山　均;薄井洋行，山根和也，清水雅裕，野上敏材，伊藤敏幸，坂口裕樹;髙桑　脩，藤沢　拓弥，祖山　均;眞野　優太，髙桑　脩，祖山　均;清水雅裕，薄井洋行，野上敏材，伊藤敏幸，坂口裕樹
通讯作者：
清水雅裕，薄井洋行，野上敏材，伊藤敏幸，坂口裕樹