本セミナーでは、リチウムイオン電池のさらなる高容量化に向けた負極材料の研究開発・実用化事例を解説いたします。
(2012年12月19日 10:20～11:40)
講師：
鳥取大学 大学院工学研究科 化学・生物応用工学専攻 応用化学講座 教授 坂口 裕樹 氏
ケイ素の高容量を活かしつつ、その欠点である充放電サイクル安定性の乏しさを改善したコンポジット負極を創製した。Si粒子上にある種の遷移金属を無電解析出法で被覆した粒子、あるいは、メカニカルアロイング法によりシリサイド/Si混合相粒子を合成し、それらを原料としてガスデポジション法により厚膜電極化することにより優れた性能を示す負極を得た。 本講座ではそれらの詳細について講述する。
(2012年12月19日 12:20～13:40)
講師：
(独) 産業技術総合研究所 関西センター ユビキタスエネルギー研究部門 電池システム研究グループ 幸 琢寛 氏
黒鉛系負極 (372mAh/g) を超える高容量のリチウムイオン電池用負極が求められている。Siは理論容量が4200mAh/gと高容量であり、これら合金系負極が注目されて久しい。しかしながら合金系負極は、充放電時のLi吸蔵放出に伴う体積変化によって合金が微粉化し、容量低下が起こるため実用化が困難であった。一方、一酸化珪素 (SiO) は、1500mAh/gの可逆容量を持ちながら体積変化はSiよりも低く抑えられる。 講演者らはこれまでに、SiO負極に適した高結着力ポリイミドバインダと高強度薄型SUS箔集電体を開発し、高性能なSiO電極を開発した。また、合金系負極で重要となる電極の体積変化について、電池全体の厚みではなく電極単体の厚みをIn-situ測定する技術を確立し、充放電時における電極内の各要素の体積変化機構を解明した。さらに、4極セルを用いた電流休止法解析により電池の抵抗を正負極に分離し、これをもとに出力特性のシミュレーションを行った。 SiO負極の初期不可逆容量は、各種のリチウムプリドープ技術を用いて補償した。SiO負極に組み合わせるための高性能LiFePO4正極を開発し、実用的な電極容量密度で設計したフルセルを試作したところ、4000サイクルの長寿命、100Cレートの高出力、-30℃から140℃の広い温度範囲での充放電作動など、従来電池に比べて飛躍的な高性能が得られた。また、1Ah級のSiO系電池を作製して釘刺し試験と過充電試験を行ったところ、この電池は発火することはなく高い安全性を有することが分った。 本講ではSiOの特徴をご理解頂けるよう、現行材料との比較、SiO負極のメリット/デメリットと使いこなし方を解説するとともに、SiO電極・電池の高性能化技術、電池の解析技術などについて、最新の研究成果を使って解説する。
(2012年12月19日 13:50～15:10)
講師：
東レ・ダウコーニング (株) LiB技術開発グループ 主任研究員 福井 弘 氏
リチウムイオン電池を構成する材料の中でも、活物質は電池の性能を左右する重要な役割を担う。高容量化に向けて活物質の研究開発が盛んに行われており、特にケイ素は注目されている元素である。 本講演ではリチウムイオン電池に関わるケイ素について、Si–O–C複合負極材料を中心に紹介する。
(2012年12月19日 15:20～16:40)
講師：
首都大学東京 大学院 都市環境科学研究科 教授 金村 聖志 氏
Sn合金負極の問題点として、その膨張・収縮がある。Siなどの負極でも同じ問題がある。この欠点を克服して、これらの電極を実用化するには、何らかの工夫が必要である。その一つとして金属負極のマイクロ構造を制御する方法が挙げられる。 本発表では、我々が行ってきな多孔構造の制御に関して詳細に述べる。