コールドスプレーによるニッケルーリンめっきシリコン複合皮膜および粉末式フレーム溶射によるシリコン皮膜によるリチウムイオン二次電池負極の作製と評価

摘要

リチウムイオン二次電池（以下，LIB）は，携帯電子機器や電気自動車などの電源として用いられている．LIBの次世代負極材料の一つとして期待されるシリコン(以下，Si）は，従来の炭素負極（372mAh/g）の約10倍の理論容量（約4200mAh/g）を有する．本研究室では，粒子積層コーティング技術であるコールドスプレー（Cold Spray，以下CS）を用いてSi負極を作製している．従来のLIB用炭素負極作製技術には，主に塗布法が用いられている．しかし，炭素材料と集電体である銅箔を固着させるバインダーが必要であり，バインダーは電池の充放電反応には直接関与せずその意味では不純物となる．これに対し，CS法はバインダーを用いず，Siを銅箔上に成膜でき，成膜速度も高い．これまで，本研究室では，CSにより作製したSi負極の充放電特注に及ぼす電位窓の検討を行い，充放電時の電位窓を0～1V程度に設定することでおよそSiの理論容量と同じ容量を再現できた．しかし，CSで作製したSi負極は，付着率が非常に小さいという課題がある．Siのようなぜい性材料の成膜は，金属粒子のような塑性変形を伴い積層させるCSでの厚膜化が難しいからである．そこで，本研究では，Si負極の厚膜化を狙い，次の二つの方法で負極を作製し，評価した．それは，（a）Si粒子表面に延性金属であるニッケルーリン（以下，Ni-P）をめっきした粉末のCSによる成膜と，（b）Si粉末を燃焼フレームで溶融させて積層する粉末式フレーム溶射（以下，PFS）によるSi皮膜の作製である．