국립 선진 산업 과학 기술 연구소 [Nakabachi Ryoji의 회장] (이하 "AIST")고급 코팅 기술 연구 센터[연구 센터 이사 Akito Jun] 에너지 응용 재료 연구팀 인 Mamiya Mikito, 연구팀의 책임자 인 Akimoto Junji는 전도성 기판에서 나노 미터 규모에 입금되었습니다실리콘 일산화물 (SIO)박막 형성전도성 보조라미네이션됩니다 이 적층 구조를 갖는 전극의 전하/방전 특성은 현재 주류이며 실리콘 일산화물로 만들어진 흑연 음성 전극 (372 mAh/g)의 용량의 약 5 배에 해당한다이론적 용량2007 MAH/G와 대략 일치합니다 또한, 개발 된 전극은 200 회 이상의 반복 전하 및 배출 후에도 용량을 유지하고 고용량과 수명이 높다는 것이 밝혀졌습니다 이번에 개발 된 전극은 음성 전극의 에너지 밀도를 향상시킬 것이며, 바카라 족보 이온 2 차 배터리의 증가 된 용량 및 소형화를 촉진 할 것으로 예상된다
이 기술의 세부 사항은 59 번째 배터리 토론에서 오사카 현 국제 의회 센터 (Osaka City)에서 11 월 27 일부터 29 일까지 개최 될 예정입니다
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| 이번에는 종래의 전극과 전극의 구조에 대한 간단한 다이어그램 |
스마트 폰 및 전기 자동차를 포함한 바카라 족보 이온 2 차 배터리 시장은 빠르게 확장되고 있으며, 시장 연구 회사 예측에 따르면 2021 년까지 2015 년까지 약 4 진수 엔까지 성장할 것으로 예상된다 음성 전극으로서, 기존의 흑연보다 몇 ~ 10 배 더 많은 이론적 용량을 갖고 공급 안정성이 우수한 실리콘 기반 음성 전극은 가장 큰 차세대 음성 전극으로 간주됩니다 그 중에서도, 일산화 실리콘 일산화물은 일반 목적 흑연 음성 전극 (372 mAh/g)과 비교하여 2007 mAh/g의 이론적 용량을 가질 것으로 예상된다 전류 코팅 방법을 사용하여 생성 된 실리콘 일산화물 전극은 또한 약 1200 mAh/g의 용량을 나타내지 만, 용량의 순환 악화 문제는 여전히 남아 있으며, 일산화 실리콘 일산화물만으로는 실질적으로 사용되지 않았다 한편, 실리콘 일산화물과 흑연의 혼합물을 사용한 전극이 개발되었으며, 흑연 전극의 두 배 이상인 약 800 mAh/g의 용량을 갖는 생성물은 시장에서 방출되기 시작했지만 실리콘 일산화물 재료의 원래 성능은 완전히 실현되지 않았다
AIST는 재료 화학적 관점에서 차세대 2 차 배터리를 개발하기 위해 노력하고 있으며, 일반적으로 양성 전극, 음성 전극 및 배터리의 성분을위한 새로운 재료를 개발하기 위해 노력하고 있습니다 일산화 실리콘 일산화물은 높은 증기압을 가지며 고온 및 감압 조건에서 쉽게 기화되므로, 이점은 실리콘 일산화 일산화 표현을 증발시킴으로써 기질 상에 증착 할 수 있다는 장점이다 그러나, 일산화 실리콘 일산화 실리콘 자체는 전도도가 매우 낮기 때문에, 전극으로 직접 실리콘 일산화 증발 된 박막을 사용한다는 것을 알지 못했다 이 기사에서는 전극 재료로 사용되도록 전기 전도성을 전달하기위한 증착 조건 및 공정을 고려해 왔습니다
바카라 족보 이온 2 차 배터리는 양극과 음성 전극 사이의 바카라 족보 이온의 움직임으로 충전 및 배출 될 수 있습니다 (그림 1) 배터리의 용량을 증가시키기 위해 음성 전극 활성 물질로서 일산화 실리콘을 사용하는 것이 유망하지만, 실리콘은 충전 및 배출로 인해 바카라 족보 이온을 차지하고 방출 할 때 300% 이상의 부피 변화를 생성하여 활성 물질, 전도성 AIDS 및 결합제로 구성된 불안정한 전극 구조를 생성합니다 입자 크기가 300-500 nm 이하로 감소되면, 악화 억제의 효과를 볼 수 있으므로, 일산화 실리콘 일산화 실리콘의 박막이 제조되었고 목표는 악화를 개선하는 것이 었습니다
현재 수집기입니다 전기 전도성을주기 위해, 전도성 보조제로서 바인더를 탄소 검은 색으로 첨가하고 분산시키고, 증착 된 실리콘 일산화물 필름 위로 코팅하고 건조시켜 전도성 보조제 층을 제조 하였다 이 전극은 전도성 보조 층이 실리콘 일산화 일산화신 박막에서 적층되는 구조를 갖는다
제조 된 전극의 단면 전자 현미경 사진이도 1에 도시되어있다 증발에 의해 수득 된 실리콘 일산화 실리콘은 스테인레스 스틸 기판상에서 두께가 약 80 nm의 박막을 형성 하였다 전도성 보조제 인 탄소 검은 색은 약 50 nm의 입자를 갖는 사슬을 형성하고, 그 끝은이 실리콘 일산화물 박막과 접촉 하였다 실리콘 일산화 실리콘의 필름 두께는 300 nm보다 얇았으며, 이는 전하 및 배출로 인한 악화 억제 효과가 있다고 말하며, 구조가 더 미세하다는 것이 확인되었다
그림 3은이 전극을 음성 전극으로 사용하는 양의 전극으로 바카라 족보 (li)을 사용하여 배터리의 충전/방전 용량의 사이클 별 변화를 보여줍니다 비교를 위해, 입자 크기가 10 μm 인 이전에 실리콘 일산화 술 분말로 만든 전극을 사용한 배터리의 특성과 전류 재료 인 흑연을 사용한 전극이 도시되어있다 분말을 사용한 전극은 사이클에 의한 상당한 용량 악화를 나타내는 반면, 흑연 전극은 사이클 악화를 나타내지 않았지만 용량은 372 mAh/g에서 작았 다 대조적으로, 전류 전극은 첫 번째 사이클에서 큰 용량을 얻을 수 있었고, 후속 전하 및 배출 중에도 안정적인 용량을 유지하고 200 사이클 후 200mAh/g 이상의 용량을 나타냈다 2 ~ 200주기용량 유지 보수율200 주기로 978%를 나타냅니다쿨롱 효율994%로 충전 및 배출 중 바카라 족보 흡수 및 방출이 가역적임을 보여줍니다 이번에 얻은 2000mah/g를 초과하는 용량은 실리콘 일산화 실리콘 일산화물 2007 mAh/g의 이론적 용량과 거의 동일하며, 이는 전극을 구성하는 거의 모든 실리콘 일산화물이 배터리의 활성 재료로 사용될 수 있음을 나타낸다
이번에 개발 된 전극은 전도도가 낮은 실리콘 일산화 실독 사이드의 필름 두께를 나노 미터 크기로 얇게 한 다음 전도성 보조 층을 쌓기 위해 전도성을 보장하는 새로운 아이디어로 만들어졌습니다 박막 두께는 사이클 악화 문제를 극복하고 동시에 효율적입니다전극 활성 재료사용할 수 있습니다
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그림 1 이번에 개발 된 네거티브 전극을 사용한 바카라 족보 이온 2 차 배터리의 개략도 바카라 족보 이온 배터리는 외부에서 전기 에너지가 적용되고 바카라 족보 이온이 양의 전극 활성 물질로부터 방출되고 음성 전극 활성 재료 (하전)로 분비되는 시스템이며, 바카라 족보 이온은 음성 전극 활성 재료로부터 방출되고 화학적 에너지로부터 화학적 에너지를 추출하는데 사용된다 또한 반복적으로 사용할 수있는 것을 바카라 족보 이온 2 차 배터리라고합니다 |
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그림 2 새로운 라미네이트 전극의 단면 전자 현미경 사진 나노 미터 규모의 실리콘 일산화물 필름은 스테인레스 스틸 기판에 증착되며 전도성 AIDS 인 탄소 검은 입자는 실리콘 일산화물 박막과 접촉하기 위해 결합제와 연결됩니다 |
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그림 3 이번에 개발 된 전극과 기존 전극을 사용하여 제작 된 배터리의 충전/방전 사이클 특성
2032 유형 코인 셀 및 카운터 전극 바카라 족보으로 만들어졌습니다현재 값 01 C, 온도 25 ° C, 전압 범위 0-20 V
종래의 전극이 전극으로 10μm의 입자 크기를 가진 분말 SIO를 사용하는 경우 결과 |
이시기에 개발 된 전극은 그림 3과 같이 초기 충전시 대도시가 필요합니다 이는 충전 및 배출에 관여하지 않는 바카라 족보 실리콘 산화물 (Li4SIO4)에 의해 생성 된 반응 때문이며 배터리로 조립하면 양극 전극의 바카라 족보이 소비되고 성능이 줄어 듭니다 앞으로이 문제를 피하기 위해 미리 바카라 족보과 반응 할 것입니다사전 도핑준비되어 있으며, 배터리는 기존 양극 전극과 함께 제조되며, 실질적인 사용을 위해 성능 데모 테스트가 수행됩니다 또한, 증기 증착 방법 및 기타 방법을 사용하여 스케일링이 수행됩니다