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2014年12月26日 (金)

次世代リチウムイオン電池 クルマにらみ開発が急加速

2014/12/24 日本経済新聞
 
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 これまで開発が手薄だった、2020年ごろ
の実用化を見据えた「次世代Li(リチウム)
イオン2次電池」。
 
 ところが最近、全く新しい電解液や
材料探索技術などの登場によって、
その状況が変わり始めた。
 
 自動車市場などの巨大な需要を取り込む
べく、電池開発が一気に加速しそうだ。
 
■電解液の定説が覆る
 
 Liイオン2次電池が誕生してから20年
以上がたつが、電池技術者の間で長らく
信じ込まれてきた定説がある。
 
 それが、「電解液の溶媒は
エチレンカーボネート(EC)が唯一無二の
存在である」ということだ。
 
 この状況に一石を投じたのが、東京大学
大学院工学系研究科 教授の山田淳夫氏らの
研究グループ。
 
 山田氏らは、Liイオン(Li+)の濃度が
従来品に比べて4倍以上となる電解液を開
発し、EC溶媒は不要との結論を導き出した。
 
 この結論は、これまで実用的な電解液
として検討の対象外だった様々な有機溶媒
を検討の俎上(そじょう)に載せる、
という大きな可能性を秘める。
 
■名人芸からの脱却
 
 京都大学とシャープの研究グループは、
「第一原理計算」という手法を用いた
電池材料の探索手法を開発(図3)。
 
 サイクル寿命に優れる電池の開発を目標
とし、劣化の要因となる充放電時の
体積変化が少ない材料を探索した。
 
 これにより、正極材料の
「リン酸鉄リチウム(LiFePO4)」の
元素置換を検討した。
 
 「第一原理計算を使うことで、
Li/Fe/Pのそれぞれで置換元素を探す
ことが可能になった」
(京都大学 大学院工学研究科 材料工学
専攻 教授の田中功氏)。
 
 京都大学とシャープは「Li(Fe1-xZrx)
(P1-2xSi2x)O4」という複雑な組成の材料
が、体積変化が少ないことを見いだした。
 
 同研究グループは、計算だけでなく実際
に材料を合成し、Li(Fe1-xZrx)
(P1-2xSi2x)O4を用いた電池セルを試作
した。
 
 充放電に伴う体積変化率は、計算と実測
で傾向がぴたりと一致した。
 
 充放電サイクル試験では、1万回充放電
しても80%以上の容量を確保した。
 
 外挿すると、容量が70%にまで低下する
のは、従来の約6倍の2万5000回以上の
サイクルとなる。
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 なかなか面白いニュースですね。
 
>「先を見すぎてしまっていて、地に足の
>着いた研究開発がおろそかになっている
>部分がある」――。
>ある電池技術者は、こう警鐘を鳴らす。
 
 なるほど。
 
 そんな中で、
>山田氏らは、Liイオン(Li+)の濃度が
>従来品に比べて4倍以上となる電解液を
>開発し、EC溶媒は不要との結論を導き
>出した。
 
>この結論は、これまで実用的な電解液
>として検討の対象外だった様々な
>有機溶媒を検討の俎上(そじょう)に
>載せる、
>という大きな可能性を秘める。
 
 というのと、
 
 「第一原理計算」という手法を用いて、
 
>充放電に伴う体積変化率は、
>計算と実測で傾向がぴたりと一致した。
 
>充放電サイクル試験では、1万回充放電
>しても80%以上の容量を確保した。
>外挿すると、容量が70%にまで低下する
>のは、従来の約6倍の2万5000回以上の
>サイクルとなる。
 
 というのは素晴らしい成果です。
 
 これは、ある意味次世代の電池です。
 
 技術の進歩は限りない。

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