“燃えにくい”電解液を新開発、リチウムイオン電池の小型・高性能化に貢献：蓄電・発電機器

東北大学と日立は、“燃えにくい”電解質を用いたリチウムイオン二次電池の試作に成功。現行のリチウムイオン二次電池の高容量化や高エネルギー密度化につながる成果だという。

[陰山遼将，スマートジャパン]

　東北大学と日立製作所らの研究グループは、従来の有機電解液よりも引火点が高く、燃えにくい新しい電解質を用いたリチウムイオン二次電池に試作に成功したと発表した。この技術を活用し、現行の電池システムの発火を抑制する補強材などを不要にすることで、リチウムイオン二次電池の高容量化や高エネルギー密度化が可能になるという。

　一般的なリチウムイオン二次電池では、引火点が20℃以下の有機溶媒を電解液として用いている。そのため、異常発生時に発火する恐れがあり、発火を抑制する補強材や冷却機構が設けられており、これが電池の小型化の障壁となっていた。

　東北大学は2011年から発火しにくく、安全性の高いリチウムイオン電池の開発にに向けて、引火点の高い電解質の検討を開始した。リチウムイオン二次電池用の電解質には、安全性を担保するための高い引火点に加え、スムーズな充放電反応を進行させるための高いリチウムイオン伝導性が求められる。今回の研究では、新しく開発した電解質内のリチウムイオン伝導挙動をシミュレーション解析し、リチウムイオン伝導を促進する液体成分を探索することで、従来比4倍の伝導性と、有機電解液よりも100℃以上高い引火点の両立に成功した。

　研究グループは開発した新しい電解質を用い、100Wh（ワットアワー）のラミネート型電池も試作した。界面改質技術により電解質の電気化学的安定性を向上させることで、電池容量低下の要因となる正極および負極表面における新規電解質の分解反応を抑制し、設計値どおりの電池容量で充放電の繰り返し動作を実現。さらに、ナノ・ミクロスケール領域の電解質材料分布の最適設計、製造条件の最適化を行い、電池の信頼性低下の要因となる電解質材料の凝集や空隙、クラック形成を抑制し、エネルギー密度を高めた。さらに、試作したラミネート型電池の安全性をクギ刺し試験で検証したところ、内部短絡による発熱が抑制され、発火に至らないことも確認できたという。

試作したリチウムイオン二次電池のクギ刺し試験の様子　出典：東北大学

　東北大学と日立製作所は今後、開発したリチウムイオン二次電池の実用化に向けて、さらなる高エネルギー密度化、充放電時間の短縮化など、電池の性能向上に取り組むとしている。