メカニカルアロイングによるリチウム侵入型金属間化合物とその電池充放電特性

本研究では、Mgと4族元素であるSiあるいはGeを用いたリチウム貯蔵性金属間化合物Mg_2SiおよびMg_2Snを合成し、それらの性質を調べ、リチウム(イオン)二次電池の負極材料としての可能性を検討した。X線回折より、MgとSiを出発原料として行ったメカニカルアロイング(MA)では、90時間で単一相のMg_2Siが合成されることがわかった。一方MgとGeの場合は、20時間程度のMA処理により比較的結晶性の良いMg_2Geが単一相で得られることがわかった。上述の2種類の試料について、電池充放電サイクル数増加にともなう放電容量の変化を調べた。充・放電試験に用いた試験電極は、MA処理試料粉末、導電材、結着材を混練した後、Cuメッシュ1cm^2上に塗布したものである。混合比率は重量比で、MA処理粉末:導電材:結着材=75:20:5とした。電解液は1MLiCIO_4/PCで、評価セルには対極と参照極をリチウム板とする3極式セルを用いた。Mg_2Siは初期放電容量(1サイクル目)は最も大きいものの、充・放電サイクルに伴い著しい容量の低下が認められた。Mg_2Geについては、異なったMA処理時間で合成された試料の電池充放電特性を調査した。MA処理時間が25,40,80,100時間と長くなるにつれ第1サイクル目の充放電容量が減少することから、MA処理時間の増加にともなう結晶化度の変化が電池容量に大きく影響することがわかった。MA処理40時間の試料に着目すると、MA処理25時間のものと比較してサイクル初期の容量は小さいものの、容量の減少が抑制されており、4サイクル目で逆転することが認められた。したがって、適度なMA処理は電池充放電サイクル寿命の延長に寄与することが見出された。

本研究では、Mgと4族元素であるSiあるいはGeを用いたリチウム貯蔵性金属間化合物Mg_2SiおよびMg_2Snを合成し、それらの性質を調べ、リチウム(イオン)二次電池の負極材料としての可能性を検討した。X線回折より、MgとSiを出発原料として行ったメカニカルアロイング(MA)では、90時間で単一相のMg_2Siが合成されることがわかった。一方MgとGeの場合は、20時間程度のMA処理により比較的結晶性の良いMg_2Geが単一相で得られることがわかった。上述の2種類の試料について、電池充放電サイクル数増加にともなう放電容量の変化を調べた。充・放電試験に用いた試験電極は、MA処理試料粉末、導電材、結着材を混練した後、Cuメッシュ1cm^2上に塗布したものである。混合比率は重量比で、MA処理粉末:導電材:結着材=75:20:5とした。電解液は1MLiCIO_4/PCで、評価セルには対極と参照極をリチウム板とする3極式セルを用いた。Mg_2Siは初期放電容量(1サイクル目)は最も大きいものの、充・放電サイクルに伴い著しい容量の低下が認められた。Mg_2Geについては、異なったMA処理時間で合成された試料の電池充放電特性を調査した。MA処理時間が25,40,80,100時間と長くなるにつれ第1サイクル目の充放電容量が減少することから、MA処理時間の増加にともなう結晶化度の変化が電池容量に大きく影響することがわかった。MA処理40時間の試料に着目すると、MA処理25時間のものと比較してサイクル初期の容量は小さいものの、容量の減少が抑制されており、4サイクル目で逆転することが認められた。したがって、適度なMA処理は電池充放電サイクル寿命の延長に寄与することが見出された。