成果報告書詳細
管理番号20120000000506
タイトル平成21年度~平成23年度成果報告書 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 次世代技術開発 シリサイド・ナノ・ハイブリッド負極材料の研究開発(2)
公開日2012/6/27
報告書年度2009 - 2011
委託先名古河電池株式会社
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約次世代リチウムイオン二次電池の負極材料として、高い理論容量を有するケイ素が期待されている。しかしながら、ケイ素はリチウムの吸蔵脱離にともない、最大で400%もの体積変化を起こす。それによって、活物質粒子の崩壊や電極の崩壊が生じ、サイクル寿命が短いという課題を有する。 本研究開発では、充放電によるケイ素の体積変化を抑制するために、ケイ素と金属の化合物で、リチウムとの反応性の低いシリサイドを粒子レベルでケイ素と複合化したナノサイズ粒子『シリサイド・ナノ・ハイブリッド(SNH)』を負極活物質として検討した。 電極は、従来のリチウムイオン二次電池と同様に、活物質、導電助剤、バインダー等からなるスラリーを作製し、集電体に塗布後、乾燥することによって得た。 SNH(Si?M1)活物質、アセチレンブラック導電助剤、有機溶剤系バインダーによって作製したSNH電極の単極試験の結果、2000mAh/g以上の初期容量を示し、500サイクル後においても、1000mAh/g以上の容量を保持できることが分かった。しかしながら、その時の初回の充放電効率は約83%であり、今後改善する必要がある。 リン酸鉄リチウムを正極としたフルセル評価では、充放電サイクル初期に高い容量を示し、そして、良好な電流レート特性を示したが、単極試験に比べると充放電サイクルによる容量低下が大きいことが判明した。この容量低下の要因は、充放電サイクル中のSNH負極の充放電効率が低いことにあり、初回充放電効率とあわせて、今後改善が必要である。
英文要約The large lithium storage capacity of Silicon is expected as anode materials of the next generation lithium ion rechargeable batteries. However, silicon causes volume change about 400% during the lithium insertion and extraction. Therefore, the silicon electrode has the problem that cheap charge-discharge cycle life caused by disintegration of active material and electrode. To inhibit the large volume change of silicon, the silicide-nano-hybrid particles(SNH) was investigated as an anode for lithium ion rechargeable batteries. The SNH electrode is made by slurry coating method as well as conventional lithium ion rechargeable batteries. The SNH anodes that consist of SNH(Si-M1) as an active material, acetylene black as a conductive material and organic polymer binder is shown initial capacity more than 2000mAhg-1, and is able to maintain the capacity of more than 1000mAhg-1 even after 500 cycles. However, first coulombic efficiency is about 83%, and it is necessary to improve more and more. The laminated cell composed of the SNH anode and lithium iron phosphate cathode showed the large initial capacity and the good high rate discharge performance, but the capacity loss by the charge-discharge cycle was large. It was clear that the cause of this capacity loss was the low coulombic efficiency of the SNH anode during the charge-discharge cycle.
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