希土類金属シリサイドとケイ素からなるリチウム二次電池厚膜負極の評価

摘要

電気自動車用電源などへの応用のため，リチウム二次電池にはさらなる高容量化·高出力化が求められている．現在実用化されている黒鉛負極の実効容量はその理論容量（372mA h g~(-1)）に達しつつあるため，代替材料が探索されている．中でもSiは黒鉛の10倍以上に相当する4200mA h g~(-1)もの理論容量を有することから次世代負極材料として注目を浴びている．しかしながら，Siはリチウムの挿入－脱離時の体積変化の際に生じる応力により電極が崩壊してしまい，充放電のサイクル特性に乏しいという深刻な問題を抱えている．これに対しわれわれは，Siを優れたサイクル安定性を示す遷移金属シリサイドとコンポジット化した試料粉末を合成し，これを原料としてガスデポジション（GD）法により厚膜電極とすることで，Si系負極の電極特性が顕著に改善されることを明らかにしてきた．特に希土類金属シリサイドであるLaSi2とSiとのコンポジット電極において，LaSi_2マトリックスが電極の集電性を大幅に改善しつつ，体積変化の際の応力を効果的に緩和することで優れた電極性能が得られることを見出した．本研究では電極性能のさらなる改善を目的としてマトリックスとなるシリサイドに着目し，様々なシリサイドを採り上げて，それらの熱力学的安定性，機械的·電気的性質およびLiとの反応性が電極性能におよぼす影響を調査した．