Electrochemical Property of the Composition by Ground Process of Active Materials Based on Silicon and Oxides

ground particles ((a)) and bare Si ((b)) by SEM. 粉砕プロセスによるケイ素-金属酸化物コンポジット負極活物質の合成 及びリチウムイオン二次電池の充放電特性 Electrochemical property of the composition by ground process of active materials based on silicon and oxides 東北大院 環境科学研究科 , 東北大多元研 2 下位 法弘 ,張 其武 , シャロン マリー ガリド ,田中 泰光 ,田路 和幸 1 Graduate School of Env., Tohoku Univ., IMRAM, Tohoku Univ. Norihiro Shimoi, Qiwu Zhang, Sharon Marie Garrido, Yasumitsu Tanaka and Kazuyuki Tohji E-mail: shimoi@mail.kankyo.tohoku.ac.jp 【諸言】 リチウムイオン二次電池負極活物質として高充放電特性を有するケイ素の応用が期待されて いるが、リチウムのケイ素への吸蔵放出による急激な体積変化により充放電サイクルが急速に劣 化する特徴を有する。本研究では、粉末状ケイ素をベースに酸化銅とケイ素のコンポジット材を 粉砕プロセスで作製し、高容量サイクル特性の維持を試みるべくリチウムイオン二次電池用負極 活物質を合成した。結果、高充放電容量の維持に成功し、ケイ素の負極活物質としての応用への 指針を提示することが可能になった。 【実験】 本研究では遊星ボールミルで紛体ケイ素と酸化銅を混合粉砕し負極活物質を合成する。粉砕 合成条件として、紛体ケイ素と酸化銅の添加量を調整し全量 2 グラムをジルコニアビーズと共に 混合粉砕した。この紛体をポリアミック酸バインダー及び導電助剤としてのカーボンブラックと 混練し負極活物質を合成している。また正極としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)を使用し、2016 型テストセルを作成して電池特性の評価を行った。 【結果】 粉砕プロセスにより紛体ケイ素と酸化銅の混合粉砕により酸化銅が還元され、ケイ素が酸化 しつつ微粒子の集合体を形成するケイ素及びケイ素酸化物-銅のコンポジット化合物として数ミ クロン径に再凝集した(Fig.1-(a)参照)紛体の合成に成功した。ケイ素と酸化銅の添加量調整によ り、ケイ素酸化物の酸化数を制御することが可能になり、その酸化数により充放電特性が大幅に 変化する事象を見出し、さらに粉末ケイ素単体(Fig.1-(b)参照)の利用による負極活物質に比べ、 酸化数の最適化により充放電特性を大幅に改良することが可能になった。特に初回充放電の高効 率化(ケイ素単体比較)及び充放電サイクル特性の高容量維持化(Fig.2 参照)を達成し、ケイ素、 ケイ素をベースとした酸化物及び金属粒子の組み合わせによるコンポジット型紛体の高性能負極 活物質創製への可能性を示すことが出来た。