内本喜晴 人間?環境学研究科教授、折笠有基 同助教（現立命館大学准教授）らの研究グループは、立命館大学、国立研究開発法人産業技術総合研究所、株式会社KRIと共同で、リチウムイオン電池の電極で起こる化学反応がどの程度不均一なのかを可視化し、その発生要因を解明しました。
电极での反応が不均一であるということは、有効活用されていない物质があることを意味し、电池の性能を左右する一因です。电极で何が起きているのか、観测しながらの电池设计を可能にすることで、性能や安定性の向上が期待されます。
研究者からのコメント
携帯电话、ノートパソコンで用いられているリチウムイオン电池は电気自动车用途への展开が期待されており、その性能を剧的に向上させる必要があります。リチウムイオン电池の设计には数多くのテクノロジーが组み込まれている一方で、性能向上のためにはトライ＆エラーの开発要素も多いのが现状です。本研究では、复雑な电池内部の构造を解析する技术を用いて、电池性能の支配因子を明らかにしました。将来のリチウムイオン电池のさらなる性能向上へ役立てられると期待されます。
概要
リチウムイオン电池は携帯电话、スマートフォン、ノートパソコン用の电池として広く普及しています。近年では电気自动车用もしくは电力贮蔵用への展开が加速されており、电池がますます大型化しています。电池性能を左右する要因の一つとして、电池内部の反応不均一现象が関与していることは、多くの研究者が予测していますが、実験的に検証し解析するツールはこれまでほとんどありませんでした。また、不均一性は电池内部の电子伝导率とイオン伝导率の违いによるものと考えられていましたが、これを実际に観察する手段もありませんでした。
本研究では、反応不均一现象を可视化するために、2次元データが取得可能なＸ线吸収分光测定を行いました。また、リチウムイオン电池の电极での、电子伝导率とイオン伝导率の计测手法を确立しました。性能が异なるリチウムイオン电池の电极を用いて、今回确立した手法で解析した结果、电极内部の反応不均一性はイオン伝导によって决定されており、これが性能に大きく影响していることを突き止めました。
今回の成果はリチウムイオン电池の実用的な设计に贡献し、电池性能の向上に资すると考えられます。また、反応の不均一性は大型电池では特に顕着となるため、自动车や电力贮蔵用リチウムイオン电池の设计への贡献が可能となります。今后、容量が多く、高い安全性を有する电池の実现につながると期待されます。
リチウムイオン电池合剤电极の模式図、电子は集电体侧、リチウムイオンは电解质侧から供给される
详しい研究内容について
- 日刊工業新聞（6月2日 23面）に掲載されました。
