リチウムイオン電池の性能を3倍に、金属シリコン負極の改良に成功：蓄電・発電機器

GSユアサは金属シリコンを主体とする電池負極の改良に成功。実際の電気自動車に搭載されるサイズのリチウムイオン電池に適用し、エネルギー密度を3倍に高めることに成功したという。

[陰山遼将，スマートジャパン]

　GSユアサは2018年3月6日、金属シリコンを主体とする電池負極の高エネルギー密度化と長寿命化に成功したと発表した。電気自動車に実際に搭載されるサイズの電池にこの負極を用い、従来のリチウムイオン電池の約3倍となる高エネルギー密度化を実現したという。

試作した電池セルの外観　出典：GSユアサ

　負極材に用いる金属シリコンは理論容量が4200mAh/gと非常に高く、資源量が豊富であることから、リチウムイオン電池の性能を高める新規材料として注目されている。しかし、金属シリコンは充放電に伴う体積変化が約400％と非常に大きいために、充放電を繰り返す過程で劣化しやすい。そのため、充放電効率およびサイクル寿命特性が乏しく、特に長期での使用が前提となる電動化車両用の大型電池では、実用化は困難とされてきた。

　金属シリコンは粒子径が小さい場合は初期充電効率が低く、大きい場合には劣化につながる微粉化が顕著となるため、サイクル寿命特性が低いという課題がある。GSユアサは今回、最適な粒子径の金属シリコンを適用することで、これらの2つの特性が改善することを見出した。さらに、導電助剤を複数用いることによって、電極の成型性とともに、導電率が改善し、放電特性を高められることも発見したという。

　この他、電極組成などを改良することによって、リチウムイオン電池のエネルギー密度を従来比で約3倍に高めることに成功した。なお、開発した金属シリコン電極は将来の普及が期待される「全固体電池」へも適用可能としている。GSユアサでは今後、電極の寿命特性をさらに改良し、2025年頃の電動化車両への搭載を目指す方針だ。

金属シリコンをもちいた高容量リチウムイオン電池の充放電曲線　出典：GSユアサ