液中プラズマによる電池電極材料の開発

利用浸没等离子体开发电池电极材料

基本信息

批准号：
13J02072
负责人：
齊藤元貴
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、リチウムイオン二次電池の高容量化を目的として、液相プラズマによるSnナノ粒子生成を研究した。Snナノ粒子は従来のグラファイト系電極より高容量を有する負極材料として有望であり、液中プラズマ法は単純な装置で短時間の粒子合成が可能である。しかしながら、液中プラズマによるSnナノ粒子合成はいまだ実現していない。昨年度は、界面活性剤添加によりSnナノ粒子を合成したが、界面活性剤が表面に残留し、電池特性に影響することが示唆された。本年度は、界面活性剤を使用せず、溶液を変化させ、Snナノ粒子を試みた。また、Snナノ粒子の製造エネルギーを評価し、最適な電圧条件を解明した。電解液として0.005 M K2CO3が使用されたとき、平板状のSnO結晶が得られた。SnとOHが反応して錯イオンを形成した後、溶液中で過飽和となり、平板状に析出したと推察される。平板状SnOは、充放電を繰り返す過程で割れや粉化を生じ、電気容量は著しく低下した。一方、電解液としてKCl溶液を用いた場合、電解液濃度1.0～0.05 Mの範囲でSnナノ粒子が生成し、0.05 Mで粒子径が100nm程度で最も小さくなった。電解液濃度が低いほど電流密度が小さくなり、微粒子を生成しやすくなったためと推察される。70～150 Vで金属Snが得られ、170V以上では粒子が高温で酸化された。1gのSnナノ粒子生成に必要な電力は110～130Vで最も小さくなり、45Wh/gであった。従来のグラファイトに30mass%のSnナノ粒子を添加した電極は、電池容量の向上が見られた。

在这项研究中，我们研究了使用液相等离子体生成锡纳米颗粒，目的是提高锂离子二次电池的容量。 Sn纳米颗粒有望作为比传统石墨基电极具有更高容量的负极材料，并且浸没等离子体方法允许使用简单的设备在短时间内合成颗粒。然而，利用浸没等离子体合成锡纳米颗粒尚未实现。去年，通过添加表面活性剂合成了锡纳米粒子，但有人认为表面活性剂残留在表面并影响电池特性。今年，我们通过改变溶液而不使用表面活性剂来尝试锡纳米粒子。我们还评估了锡纳米粒子的生产能量并明确了最佳电压条件。当使用0.005 M K2CO3作为电解液时，得到板状SnO晶体。推测Sn和OH反应形成络离子后，在溶液中变得过饱和并沉淀成板状。板状SnO在反复充放电过程中破裂、粉化，电容显着下降。另一方面，当使用KCl溶液作为电解质时，在1.0至0.05M的电解质浓度范围内生成Sn纳米粒子，并且在0.05M时，粒径在约100nm处变得最小。这可能是因为电解质浓度越低，电流密度越低，更容易产生细颗粒。在70至150 V之间获得金属锡，并且在170 V以上的高温下颗粒被氧化。产生 1 g Sn 纳米粒子所需的功率在 110 至 130 V 时最低，为 45 Wh/g。通过在传统石墨中添加30质量％的Sn纳米颗粒制成的电极显示出电池容量的提高。