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.
A nanosecond pulsed Nd:YAG laser was used to irradiate a mixture of silicon powders, polyimide and carbon black deposited onto a copper foil. Silicon micro pillars with a single-crystalline structure were successfully created through laser-induced material self-organization. The shape, orientation and growth rate of the pillars were controllable by varying the fluence, incident angle and scan speed of the laser. The resulting pillar-on-foil structures were applied as negative electrodes of lithium ion batteries, and excellent electrical capacities as well as charge/discharge cycle characteristics could be obtained. The applicability of the proposed method to the manufacture of three-dimensional microstructures was demonstrated.

研究種目 : 挑戦的研究(萌芽)
研究期間 : 2017～2018
課題番号 : 17K18833
研究分野 : 生産加工学