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 全固体リチウム(Li)イオン電池の容量密度を倍増させ、かつ固体電解質と電極の界面における抵抗(界面抵抗)を大きく引き下げられる─。容量密度と出力密度は背反の関係にあると一般的には考えられているが、そんな常識を打ち破る新アプローチを発見したのが東京工業大学などのグループである注1)

注1)東京工業大学物質理工学院応用化学系教授の一杉太郎氏、東北大学助教の河底秀幸氏、産業技術総合研究所主任研究員の白澤徹郎氏、日本工業大学教授の白木將氏ら。

 同グループは薄膜の全固体Liイオン電池セルを試作した(図1)。同界面から不純物をなくすことで全固体電池の出力密度と容量密度を同時に高められることを突き止めた。

図1 東工大などのグループが試作した電池セル
図1 東工大などのグループが試作した電池セル
左側の画像において黒っぽい基板の上に4カ所ある、円柱状に積み上げられた部分が電池セル。同画像はセルを上から見たもの。白っぽい部分がリチウム(Li)金属負極、その下の黒っぽい円柱がリン酸リチウム(Li3PO4)。右側はセルの断面構造とセルを拡大した図。同図では、Li金属負極が黒っぽく、Li3PO4が青っぽく示した。(出所:東京工業大学、東北大学、産業技術総合研究所、日本工業大学)
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 電解質に液体ではなく固体を使う全固体Liイオン電池では、有機電解液を使う通常のLiイオン電池と比べて、電解質と電極を密着させにくい。そのため、界面抵抗が大きくなってしまう傾向がある。

 実用化に向けて研究開発が盛んな硫化物系の固体電解質を使う硫化物系全固体Liイオン電池の場合、正極材をコーティングすることで同界面抵抗を下げる技術が開発されている。だが、同グループの東工大物質理工学院応用化学系教授の一杉太郎氏によれば、界面抵抗はそれでもまだ大きいという。

 酸化物系の固体電解質を使う酸化物系全固体Liイオン電池に至っては、界面抵抗を下げることが実用化に向けた大きな課題の1つとなっている。今回の界面から不純物をなくすという新アプローチは、そうした全固体Liイオン電池の界面抵抗を、硫化物系か酸化物系かを問わず、大きく下げられると同氏は明かす。同グループが試作した電池セルでは、界面抵抗はこれまでの最低水準だった。

 界面から不純物をなくすという今回のアプローチは、界面抵抗、すなわちLiイオンの伝導しやすさという面だけでなく、Liイオンの正極材への入り方にも利点をもたらす。同グループが試作した電池セルがそれを示した。