物質・材料研究機構（NIMS）は2019年11月7日、市販のシリコンナノ粒子を用い「スプレー塗工法」で作製したシリコンナノ粒子電極体が、全固体電池中で高い出力特性とサイクル特性を示すことを見出したと発表した。
シリコン（Si）の負極材としての理論容量密度は4200mAh/gであり、この値は現行の黒鉛と比較すると約11倍と非常に大きく、例えば電気自動車用電池の負極として使用すれば、1充電あたりの走行距離が大幅に伸長するものと期待されている。しかし、Siは充放電時に変化率3倍という非常に大きな体積変化を示すため、電解液中に浸かる活物質粒子を結着材を用いて集電体へと繋ぎとめておく必要のある従来の液系電池中では、電極体から脱落しやすく安定に充放電を繰り返すことが困難という大きな課題を抱えていた。
これに対して、全固体電池中では集電体と固体電解質という二つの固体の間に活物質粒子が挟み込まれた状態となるため、この課題を回避することが可能だ。実際にNIMSはこれまでに、物体の表面に気体（分子）となった材料を付着させる「気相法」で作製した純シリコンの蒸着膜が、全固体電池中で実用的な面容量（2.2mAh/cm2）においても高い出力特性とサイクル特性を示すことを明らかにしてきた。しかし、気相法は高真空を必要とする手法であるため、高価かつ大面積化や連続生産が難しく、実用電池に採用するには低コストで生産性に優れた電極作製法の開発が不可欠となっていた。
今回NIMSは、気相法によるSi負極作製法に代わる技術として、スプレー塗工法によりシリコンナノ粒子電極体を作製し、間接的に蒸着膜に似た連続膜を合成する技術を開発した。この方法は大気下でシリコンナノ粒子の分散液を集電体上へスプレー塗布するだけの簡便なものであり、大面積化が可能かつ高生産性を有する。
今回、高価で大面積化の困難な気相法で作製するシリコン蒸着膜ではなく、安価で大面積化が比較的容易なスプレー塗工法で作製したシリコンナノ粒子電極体で高い電極特性が確認されたことは画期的であり、安全で高い信頼性を有する全固体リチウム二次電池の高容量化への貢献が期待できるとしている。
