4月14日（火）、電気電子工学課程 下位 法弘 教授の論文がJournal of Materials Chemistry Aに掲載されました。詳細は以下の通りです。

1. 発表者：
下位 法弘（東北工業大学大学院 工学研究科 電気電子システム工学専攻 教授）
佐藤 龍行（東北工業大学大学院 工学研究科 電子工学専攻 (元)大学院生、現 キオクシア岩手株式会社)
小松 昌恵（東北工業大学 工学部 電気電子工学課程 研究員)

2. 発表のポイント:

• 誘導結合プラズマを利用したリチウムイオンのシリコン基板への簡易含浸に成功
• リチウムイオン二次電池のシリコン利用型負極活物質として初回充放電の量子効率98%を達成
• 小型・軽量・高容量な二次電池の基本技術として環境負荷低減に貢献し、かつエネルギー有効利用に前進

3. 発表概要：
東北工業大学の研究グループは、誘導結合プラズマ（ICP）を用いてシリコン薄膜にリチウムを浸透させる新手法を開発し、リチウムイオン電池負極として有望な初期クーロン効率98.3%を実現しました。シリコン負極は高容量である一方、充放電に伴う大きな体積変化により劣化しやすい課題がありますが、本研究ではICP処理によってリチウム含有シリコン相を形成し、その弱点を抑えつつ初回効率の改善を示しました。
本研究成果は公益財団法人 JKA研究補助事業などの支援を受けて実現しました。成果論文はRoyal Society of Chemistry（RSC、英国王立化学会）が刊行する国際学術誌「Journal of Materials Chemistry A」に2026年4月14日付で掲載されました。

4. 発表内容：
① 背景
リチウムイオン電池の高エネルギー密度化に向けて、シリコンは黒鉛を超える理論容量を持つ有力材料です。
ただし、シリコンはリチウム挿入時に300%以上の体積膨張を起こしやすく、活物質の破壊やSEI膜の繰り返し形成によって容量低下が生じます。これまでにも機械的合成法などで改善は試みられてきましたが、再現性、スケールアップ、均一化に課題がありました。そこで本研究では、より制御性が高く、将来的に量産展開も見据えやすいICP技術に着目しました。

② 研究内容
研究では、銅箔上に約500nmのシリコン薄膜を成膜し、Li2Oをリチウム源としてICP装置内で処理しました。アルゴン雰囲気、13.56MHz、60Wの条件でプラズマを生成し、基板に負バイアスを印加することでリチウムをシリコン内部へ浸透させました。その結果、発光分光でリチウム由来の発光が確認され、Raman、SEM、XRD、XPSによりリチウムシリサイドやアモルファス／多結晶混在構造の形成が裏づけられました。特に、負バイアスを強くした条件ではリチウムの浸透が進み、-500V条件で最も高い初期クーロン効率98.3%が得られました。
本成果のポイントは、シリコン負極に対してプラズマを利用した前リチウム化を実現し、初回充電時の不可逆損失を大きく抑えた点です。加えて、断面SEMやXPS深さ分析から、リチウムが表層だけでなく内部にもある程度浸透していることが示され、単なる表面処理ではないことが確認されました。また、初期効率の向上は、リチウムシリコン相の形成だけでなく、SEI膜の安定化にも一部寄与している可能性が示されています。

③ 今後の展開
今後は、ICP条件の最適化によってリチウム浸透の均一性、深さ、再現性をさらに高めることが課題です。また、初期効率向上に対して「前リチウム化」と「SEI安定化」がそれぞれどの程度寄与しているのかを切り分けるため、対照実験を進める方針です。
さらに、薄膜試料で得られた知見を、厚膜化・高面積負荷・長期サイクル評価へ発展させることで、実用電極への展開を目指すとされています。
将来的には、量産プロセスに適した高容量シリコン負極の製造技術としての応用が期待されます。

5. 発表雑誌：
雑誌名：「Journal of Materials Chemistry A」
論文タイトル：ICP-assisted pre-lithiation of silicon thin-film electrodes for achieving high initial coulombic efficiency for lithium-ion batteries using inductively coupled plasma for lithium impregnation
著者：Norihiro Shimoi, Tatsuyuki Sato, and Masae Komatsu

◆DOI：ICP-assisted pre-lithiation of silicon thin-film electrodes for achieving high initial coulombic efficiency for lithium-ion batteries using inductively coupled plasma for lithium impregnation