―電気自動車の航続距離の増加や定置蓄電など、 応用範囲の拡大に向けて―

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の一杉太郎教授、東北大学の河底秀幸 助教らは、産業技術総合研究所の白澤徹郎主任研究員、および日本工業大学の白 木將教授らと共同で、電極と固体電解質が形成する界面における不純物制御によ り、全固体電池の容量を倍増させることに成功した。

全固体電池の開発目標として電池容量の増加と高出力化が挙げられる。電池容 量の増加は、機器の使用可能時間の延長につながり、高出力化は、短時間での充 電や、瞬間的な大きなパワーの取り出しを可能とする。

現在、リチウムイオン電池に搭載されている通常の電極材料よりも高い電圧を 発生する電極材料 LiNi0.5Mn1.5O4 が注目されている。この材料を用いた全固体電 池では LiNi0.5Mn1.5O4 を放電状態、Li“0”Ni0.5Mn1.5O4 を充電状態としていた。しか し、不純物を含まない清浄な電極/電解質界面を作製すると、リチウムの含有量が 2 倍である Li“2”Ni0.5Mn1.5O4 を放電状態、Li“0”Ni0.5Mn1.5O4 を充電状態として使え ることがわかった。つまり、2 倍の容量が実現したことを意味する。

さらに、界面形成時にリチウムイオンが自発的に移動し、界面近傍に Li2Ni0.5Mn1.5O4 が不均一に存在することを、放射光 X 線回折測定により明らか にした。

本研究は、高容量型全固体電池の実現に向けて重要な一歩となるだけでなく、 電極と固体電解質の界面におけるイオン輸送の学理構築にもつながる。

本研究成果は 1 月 25 日(米国東部時間)に米国化学会誌「ACS Applied Materials and Interfaces」オンライン版に掲載された。

資料PDFダウンロード