第1部 シリコン系負極材料へのコーティング技術とリチウムイオン電池負極体積膨張劣化改善

(2017年4月5日 10:30〜12:10)

　リチウムイオン電池は、小型・軽量化に優れた二次電池で、携帯電話やノートパソコンなど携帯機器の電源として利用されており、電気自動車やハイブリッドカーの電源としての実用化もなされようとしている。
　現在、リチウムイオン二次電池の負極材料には、総合的性能に優れた黒鉛系材料が主に用いられている。しかし、黒鉛の容量には限界 (理論容量:372mAhg – 1) があり、高い電流密度下での性能 (レート特性) はそれほど良くないなどの理由から、特に車載用電池の次世代型電極材料の開発が求められており、シリコンはその有望な材料のひとつである。
　シリコン系負極の問題点である充放電サイクルに伴う容量劣化の改善のため、種々の検討が進められており、本講座では、これらの動向を概観し、そのうち表面修飾・改質技術による方法を中心に解説する。
　特に、気相成長 (chemical vapor deposition、 CVD) 法によるリチウムイオン二次電池負極用炭素、シリコンへのカーボンおよびシリコンコーティングによる表面修飾について紹介する。

1. リチウムイオン二次電池の基礎
   • 原理
   • 構造
   • 特徴
   • 電極材料
   • 応用の概説
2. 負極材料の種類、構造と合成
   • 黒鉛
   • 低結晶性炭素
     • 難黒鉛化性炭素
     • 易黒鉛化性炭素
     • 低温焼成炭素
   • ナノカーボン
   • シリコン
   • チタン酸リチウム
   • 他
3. 気相法 (CVD法、パルスCVD/CVI法)
   1. CVD法の種類とパルスCVD/CVI法
   2. CVD法を利用した負極用炭素、シリコンの合成の概説
4. 活物質材料の改質・表面修飾技術概説
5. 気相法コーティングによる改質・表面修飾の研究例概説
6. シリコン負極材料へのコーティングについて
   1. シリコン微粒子、及びシリコン/黒鉛混合粉体へのカーボンコーティングと負極特性
   2. 難黒鉛化性炭素繊維へのシリコン、カーボンマルチコーティング
   3. 黒鉛粒子へのシリコンコーティングと負極特性
• 質疑応答

第2部 シリコン切粉からのシリコンナノ粒子の創製とリチウムイオン電池の負極材料への応用

(2017年4月5日 13:00〜14:40)

　主に産業廃棄物として扱われているシリコン切粉の現状、シリコン切粉を用いた次世代リチウムイオン電池の負極の研究・開発動向と、その波及効果について紹介する。

1. シリコン切粉
   1. シリコン切粉の発生
   2. シリコン切粉の需要と応用研究
2. シリコン切粉からのシリコンナノ粒子の創製
3. シリコン切粉のリチウムイオン電池の負極材料への応用
   1. ナノシリコン材料の負極材料への応用
   2. シリコン切粉の負極材料への応用例
   3. シリコン切粉を用いた負極の特徴と特性向上
4. まとめ
• 質疑応答

第3部 シリコン系負極を用いたリチウムイオン電池の特性と安全性

(2017年4月5日 14:50〜16:30)

　リチウムイオン電池は、近年、その用途を車載用途や産業用途などの大型電池に広げつつある。これらの大型電池では従来の高容量・高出力といった特性に加えて、耐熱性や安全性等が要求されており、現在の汎用「リチウムイオン電池」ではこれらの要求を十分に満たすことが難しい。あわせて、電池の高容量化は、どの用途と時代においても要求され続けるテーマである。 電池のエネルギー密度向上の観点から、現行の黒鉛系負極の数倍以上の高容量化が可能なシリコン系負極が注目されている。様々なメーカーから、活物質やバインダ、集電体、補強材、添加剤などが提案されている中、今後も材料と電池特性を理解して、用途に応じた電池を使い分けることが重要になってくる。
　今回は、各種のSi系負極を作製して電極性能評価と電池安全性評価を行い、各構成材料が電池の安全性に及ぼす影響について紹介する。また、現状の単一大量生産される市販電池では対応しにくいバイオロギング用電池とその実証試験結果についても紹介する。

1. 次世代電池に求められる電池特性と安全性
2. 電池暴走メカニズム
3. 各種合金系負極の基礎特性
4. Si系負極の特徴と周辺技術
5. Si混合系負極およびSiO負極の電池特性と安全性
6. Si負極のモルフォロジー
7. Si系負極の導電性が及ぼす電池暴走リスク
8. Si負極用無機バインダの開発と電極特性、安全性
9. バイオロギング用電池の開発と実証試験
10. 単一大量生産電池からカスタムメイド型多品種生産電池への一提言
• 質疑応答