アルカリ金属イオン二次電池負極材料の創製とそれを活かす機能性界面の構築

碱金属离子二次电池负极材料的制作及其功能界面的构建

• 批准号: 14J11485
• 负责人: 清水 雅裕
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11485/
• 关键词: ラマン分光; イオン液体; 電解液; ナトリウムイオン電池; リチウムイオン電池; ガスデポジション; ケイ素

資源量が豊富で原料の入手が容易なナトリウムを用いたナトリウム二次電池（NIB）は，定置用などの大型電源として有望な蓄電デバイスであり大きな注目を集めている．その負極にハードカーボンを用いた場合には約250 mA h g-1の可逆容量で充放電することが報告されているが，電池の高エネルギー密度化のためにはより多くのNa吸蔵を可能とする高容量負極材料の開発が必要である．LIBの負極としてのSiはLiとの合金化－脱合金化により高い可逆容量を示すが，NIB負極としてのSiについては可逆的にNaを吸蔵－放出した例はこれまでに報告されていない．もしSiが電気化学的にNaを吸蔵しNaSi相を形成するならば954 mA h g-1の高い理論容量を示すため，NIB用負極活物質として非常に有望なものとなる．報告者はSiO4四面体マトリックス中に微分散した状態である一酸化ケイ素（SiO）中のSiが塊状のそれよりも高活性であると推察し，このような状態のSiならNaとの電気化学的反応が進行するのではないかと考えた．本研究では，これを検証することを目的として SiOの負極特性を評価した．充放電試験によりSiO電極が220 mA h g-1の可逆容量を示し，SiとNaとの電気化学的合金化反応を実現させることに成功した．また得られた容量は他の研究者が計算化学により示した値と非常に近いものであった．様々な結晶子サイズを有するSiOをメカニカルミリングにより調製し，それらのサイズとSiO電極の可逆容量を調査した結果，SiO4四面体マトリックス中に微分散するSiがクラスター状態に近いほどNaに対する反応性が大きいことが明らかとなった（J. Alloys Compd., 640 (2015) 440-443.）．

钠二次电池（NIB）使用资源丰富且易于获得的原材料钠，由于它们有望作为固定应用的大规模电源的电力存储设备而受到广泛关注。据报道，当负极使用硬碳时，可以以约250mAh g-1的可逆容量进行充放电，但可以储存更多的Na以提高能量密度。需要开发高容量的负极材料。作为LIB负极的Si，通过与Li合金化和脱合金而表现出高可逆容量，但目前还没有Si作为NIB负极可逆地吸留和释放Na的报道。如果Si电化学吸收Na并形成NaSi相，它将表现出954 mA h g-1的高理论容量，使其成为非常有前途的NIB负极活性材料。作者推测，一氧化硅 (SiO) 中的 Si 精细地分散在 SiO4 四面体基质中，比块体中的 Si 更活跃，并且这种状态下的 Si 很可能与 Na 发生电化学活性。可能会发生反应。在本研究中，我们评估了 SiO 的负极特性，目的是验证这一点。充放电测试表明SiO电极的可逆容量为220 mAh g-1，并成功实现了Si和Na之间的电化学合金化反应。获得的容量也非常接近其他研究人员使用计算化学显示的值。通过机械研磨制备了各种微晶尺寸的SiO，并研究了它们的尺寸和SiO电极的可逆容量，发现SiO4四面体基体中细分散的Si越接近团簇状态，它对 Na 的反应性更强，很明显差异很大（J. Alloys Compd., 640 (2015) 440-443.）。

项目成果

次世代リチウム二次電池用Si負極へのイオン液体電解液の適用

离子液体电解质在下一代锂二次电池硅负极中的应用

• 发表时间: 2015
• 作者: 清水雅裕

顕微ラマン分光法を用いたリチウムイオン電池用Si負極の劣化解析

利用显微拉曼光谱分析锂离子电池硅负极的劣化

• 发表时间: 2014
• 作者: 清水雅裕;薄井洋行;坂口裕樹
• 通讯作者: 坂口裕樹

Effect of Phosphorus-Doping on Electrochemical Performance of Silicon Negative Electrodes in Lithium-Ion Batteries

磷掺杂对锂离子电池硅负极电化学性能的影响

• DOI: 10.1021/acsami.6b00386
• 发表时间: 2016
• 作者: Yasuhiro Domi; Hiroyuki Usui; Masahiro; Shimizu; Yuta Kakimoto; Hiroki Sakaguchi
• 通讯作者: Hiroki Sakaguchi

Electrochemical Na-insertion/Extraction Properties of Sn–P Anodes

Sn的电化学嵌入/脱嵌性能

• DOI: 10.5796/electrochemistry.83.810
• 发表时间: 2015
• 影响因子: 2.5
• 作者: H. Usui; T. Sakata; M. Shimizu; H. Sakaguchi
• 通讯作者: H. Sakaguchi

Sn-P化合物からなる電極のナトリウム二次電池負極特性

Sn-P化合物电极的钠二次电池负极性能

• 发表时间: 2015
• 作者: 坂田拓馬;薄井洋行;清水雅裕;坂口裕樹
• 通讯作者: 坂口裕樹