書籍

東京電機大学　 工学部電気電子工学科　教授　 佐藤　慶介　氏

【主旨】
　温室効果ガスの削減は地球規模の課題であり、2015年にパリ協定が締結されている中で、日本は中期目標として2030年の温室効果ガスを2013年度の水準から26%削減することを目標に定めています。目標達成には様々な用途で広く利用されているリチウムイオン電池の高性能化が急務であり、特に2030年にかけて世界規模で推進されている電気自動車等の普及に向けた高性能蓄電池の開発が必要となります。
　本テキストでは、カーボンニュートラル社会の実現ならびにSDGsの達成に不可欠な蓄電池の性能向上に有益となるシリコン負極への微細加工技術について解説します。さらに、リチウムイオン電池の蓄電容量と充放電サイクル寿命等の性能面の向上を目指す実用化に向けた要素技術について解説します。

【プログラム】
 1. リチウムイオン電池の動向と課題
　（1） リチウムイオン電池の動向
　（2） リチウムイオン電池への要求
　（3） リチウムイオン電池材料の開発状況

2. シリコン負極の課題
　（1） リチウムシリコン合金によるシリコンの体積膨張
　（2） シリコンの体積膨張による保護被覆層（固体電解質界面（SEI）層）の影響
　（3） シリコン/SEI/電解液の界面抵抗の影響
　（4）シリコン/黒鉛配合比による蓄電容量と充放電サイクル寿命の影響

3. シリコン負極の製造技術
　（1） シリコンナノ粒子表面への細孔構造創製技術
　（2） 表面加工したシリコンナノ粒子への不純物添加技術
　（3） 表面加工したシリコンナノ粒子への金属被覆技術
　（4） 表面加工したシリコンナノ粒子への2次元材料被覆技術
　（5） 負極スラリーの製造技術と集電体への塗工技術

4. シリコン負極の基礎物性評価
　（1） シリコンナノ多孔粒子の表面形態と多孔度
　（2） 不純物添加したシリコンナノ多孔粒子の表面形態、多孔度、添加濃度、導電性
　（3） 金属被覆したシリコンナノ多孔粒子の表面形態、多孔度、被覆濃度
　（4） 2次元材料被覆したシリコンナノ多孔粒子の表面形態、電気伝導性

5. シリコン負極を用いたリチウムイオン電池の性能評価
　（1） シリコンナノ多孔粒子負極の微粉化による充放電サイクル寿命の影響
　（2） 不純物添加したシリコンナノ多孔粒子負極による蓄電容量と充放電サイクル寿命の影響
　（3） 金属被覆したシリコンナノ多孔粒子負極による蓄電容量と充放電サイクル寿命の影響
　（4） 2次元材料被覆したシリコンナノ多孔粒子負極による充放電サイクル寿命の影響
　（5） 電気化学インピーダンス分析によるシリコン/電解液界面の様子
  （6） C-V分析によるシリコン内へのリチウムイオンの挿入と放出の様子
  （7） SEM観察による充放電後のシリコンの膨張の様子

6. 今後の展望

【キーワード】
リチウムイオン電池、シリコン負極、高エネルギー密度、サイクル寿命改善

【ポイント】
リチウムイオン電池の高エネルギー密度化を可能にするシリコン負極に対して、大きな課題である充放電サイクル寿命を向上させる技術提案

【習得できる知識】
・シリコン負極の基礎知識
・シリコン負極への微細加工技術
・蓄電容量を向上させるシリコン負極への機能性付加技術
・充放電サイクル寿命を向上させるシリコン負極への機能性付加技術