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» 2020年02月28日 07時00分 公開

蓄電・発電機器:二次電池の高容量化を実現、東大が加圧電解プレドープ技術を開発

東京大学らの研究グループが二次電池の高容量化を可能にする加圧電解プレドープ技術を開発。二次電池の容量が実際の利用時には設計値より小さくなるという課題を解決し、二次電池の高容量化につながる成果としている。

[スマートジャパン]

 東京大学らの研究グループは2020年2月、二次電池の高容量化を可能にする加圧電解プレドープ技術を開発したと発表した。この技術を用いることで、二次電池の容量を20%増やすことができ、繰り返しの充放電に伴う容量低下も抑えられることを確認できたという。

 一般的な二次電池は、初回の充放電時に電解液や添加材が関連する副反応が生じる。これが不可逆容量となり、電池の容量が計算値より小さくなるという課題があった。これを解決する手法として二次電池を組み立てる前に負極とリチウムを反応させる電気化学的プレドープが検討されてきた。しかし、電解反応に数時間を要することもあり、実用面に課題があった。

 そこで研究グループは、負極の電気化学的プレドープを加圧環境で行うことにより、大電流で高濃度までリチウムをあらかじめ添加しておくことができることを実証。実験では電気化学的にプレドープをしたシリコン負極と、正極材(LiNMC)で構成する二次電池を利用し、充放電時における容量と電圧を測定し、プレドープをしていないシリコン負極を用いた二次電池と比較した。

 その結果プレドープをしたシリコン負極を用いた二次電池の容量は150Ah/kgで設計値に近い値を示した。一方、プレドープをしていないシリコン負極を用いた二次電池は125Ah/kgで、容量が約20%低下した。さらに充放電を繰り返したところ、容量は5サイクル目までに15Ah/kg下がった。これらの結果から加圧電解プレドープによって、二次電池の高容量化と長寿命化を達成できることが分かった。

シリコン負極とLiNMCを使った二次電池の充放電曲線。実線が加圧電解プレドープをしたシリコン負極、破線がプレドープをしていないシリコン負極の値。図中の数値は充放電の回数 出典:東京大学

 今回の研究成果について東京大学は、場面に対応できる高エネルギー二次電池の実現に大きく貢献できると考えられるとしており、今後成果の早期実用化を目指して研究開発を強化するとしている。

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