液中プラズマによる電池電極材料の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、リチウムイオン二次電池の高容量化を目的として、液相プラズマによるSnナノ粒子生成を研究した。Snナノ粒子は従来のグラファイト系電極より高容量を有する負極材料として有望であり、液中プラズマ法は単純な装置で短時間の粒子合成が可能である。しかしながら、液中プラズマによるSnナノ粒子合成はいまだ実現していない。昨年度は、界面活性剤添加によりSnナノ粒子を合成したが、界面活性剤が表面に残留し、電池特性に影響することが示唆された。本年度は、界面活性剤を使用せず、溶液を変化させ、Snナノ粒子を試みた。また、Snナノ粒子の製造エネルギーを評価し、最適な電圧条件を解明した。電解液として0.005 M K2CO3が使用されたとき、平板状のSnO結晶が得られた。SnとOHが反応して錯イオンを形成した後、溶液中で過飽和となり、平板状に析出したと推察される。平板状SnOは、充放電を繰り返す過程で割れや粉化を生じ、電気容量は著しく低下した。一方、電解液としてKCl溶液を用いた場合、電解液濃度1.0～0.05 Mの範囲でSnナノ粒子が生成し、0.05 Mで粒子径が100nm程度で最も小さくなった。電解液濃度が低いほど電流密度が小さくなり、微粒子を生成しやすくなったためと推察される。70～150 Vで金属Snが得られ、170V以上では粒子が高温で酸化された。1gのSnナノ粒子生成に必要な電力は110～130Vで最も小さくなり、45Wh/gであった。従来のグラファイトに30mass%のSnナノ粒子を添加した電極は、電池容量の向上が見られた。