【研究分野】材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K18833 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リチウムイオン電池 / シリコン負極 / レーザ照射 / マイクロピラー / 単結晶シリコン / 粉末 / 自己組織化 / 微細構造 / シリコン / 電池負極 / ナノ粒子 / 電極材料 / 微粒子

【研究成果の概要】

現在電子機器の消費電力の増加やスマートハウス，電気自動車などへの応用に伴い，リチウムイオン電池の高容量化が求められている．一方，半導体分野でSiウエハの生産においてワイヤソーによるインゴットの切断の際粒度がμmオーダーのSi粉末が切りくずとして大量に排出されいる．本研究では，銅箔上へ塗布された廃Si粉末へのナノ秒パルスレーザ照射を行った．その結果，Siマイクロピラーの形成に成功し，レーザフルエンスおよび走査速度を変化させることでピラーの高さの制御,レーザの照射角度を変化させることでピラーの形成方向の制御が可能であった．作製したSiピラーが優れたサイクル特性を示した.

【研究の社会的意義】

本手法で生成したSiマイクロピラー構造は充電時のSi体積膨脹を吸収できるため，電極表層脱落や破砕を抑制し，長寿命のSi電極が製作可能となる．また，Si/Cuの界面溶融を用いたマイクロピラーの集電体への強固な結合によって構造体の強度を向上させ，電気抵抗も大幅に低減させることが可能である．本研究の成果により，産業廃棄物とされている大量なSi切りくずが新しいLiイオン電池の原料へ変身することが可能となる．この試みは学術的にも産業的にもチャレンジ性の非常に高い研究課題であり，本研究の成果により特にエネルギー産業に大きな波及効果がもたらされると考えられる．

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)