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HOME有料会員向けトップ > 全固体Li-S電池が本命か、濃い液でNa空気電池も改善

日経エレクトロニクス 2017年2月号

ポストLiイオン電池、急加速第2部:技術動向

全固体Li-S電池が本命か、濃い液でNa空気電池も改善

  • 野澤 哲生
  • 2017/01/19 00:00
  • 1/17ページ

出典:日経エレクトロニクス、2017年2月号、pp.31-45(記事は執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります)

ポストLIBの開発では、世界の研究機関や企業が、さまざまな種類の電池技術で、一刻も早い実用化を目指している。開発は一見バラバラなようだが、1つの電池技術の開発成果が他の電池技術の課題を次々に解決する例が多数あり、開発スピードは急速に高まっている。全固体電池のように、当初の2030年という実用化目標時期から5年の前倒しを発表するメーカーも出てきた。

 Liイオン2次電池(LIB)の限界を超える電池技術「ポストLIB」の開発については、幾つもの種類の技術が同時並行的に開発されている。それらは具体的には、(1)現行LIBの枠組みのまま、各材料を刷新することで性能の大幅向上を目指す「先進LIB」、(2)電解質を固体材料にした「全固体電池」、(3)Liイオンではなく他のイオンで充放電する「非Liイオン電池」、そして(4)正極材料が酸素の「金属空気電池」の4種類に大別できる。

【先進LIB】
常識破りの電解液が話題の中心に

 先進LIBは、Liイオンと液体電解質を使うという点で現行LIBと共通しているが、材料系やその充放電の仕組みは大きく異なる例が多い(図1)。開発は正極材料、負極材料、電解液、導電助剤などで同時並行的に進められている。それぞれの研究開発で大きなブレークスルーが相次いだ。

図1 先進LIB開発は電解液に重点
最近のLIB開発のトレンドとキーワードを示した。電解液のキャリア濃度を高くする「高濃度電解液」の技術はLIBだけでなく、ポストLi電池技術全般に応用が広がっている。
[画像のクリックで拡大表示]

 その中で正極材料は最近まで「研究し尽くした感がある」(ある研究者)という意見がでるほど、閉塞感が漂っていた。その閉塞感を打ち破り、明るい展望が見えつつあるのが、「Li過剰系」と呼ばれる材料群である。

 これまでLIBの正極は、LiMO2(Mは遷移金属)という構成の材料がほとんどだった。酸化数に着目するとLiM3+O22−となる。充電時は、M3+が酸化されてM4+となり電子を集電体に渡すと同時に、Liが解離して電解液中に溶出する。残ったLi1-xMO2は比較的安定とされる注1)

注1)ただし、その安定度は材料によって異なる。LIBの正極材料で最も一般的なLiCoO2は、Li1-xCoO2でxが0.5以上になると不安定になり分解しやすくなる。このため、LiCoO2の理論放電容量密度は284mAh/gと比較的高いが、2次電池として使うには約半分の120~150mAh/gが限界となる。

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