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 電気自動車(EV)などに使われる大型の電池。そうした用途を想定した全固体リチウム(Li)イオン電池では、固体電解質も薄膜ではなくバルク(塊)の電池が必要とされる。だが、バルクの全固体Liイオン電池では、大気に暴露された状態で製造されることが一般的だ注1)。そのため、電極と電解質の界面に不純物が付着し、それが同界面の抵抗を増大させるケースがみられ、同界面抵抗の低減が同電池の実用化に向けた大きな課題の1つとされている。東京工業大学などのグループは、そうしたバルクの全固体Liイオン電池向けに、界面抵抗を大きく低減する新しいアプローチを見いだした注2)

注1)全固体Liイオン電池セルのこれまでの一般的な造り方は、大気中で、正極合材(正極活物質、固体電解質、導電助剤)や固体電解質、負極合材(負極活物質、固体電解質)のそれぞれの粉末を、筒状の容器に充填してプレスし、必要に応じて焼結するというもの。あるいは、大気中で正負極の合材や固体電解質を溶媒に溶かしてスラリーにしてバインダーと混ぜてから集電箔に塗布。それらを乾燥させてから重ね合わせてプレスするという湿式のプロセスも開発されている。ただ、いずれも大気中で実施するプロセスとなっている。
注2)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、同大学院生(博士後期課程3年)の小林成氏、東京大学教授の渡辺聡氏と同特任研究員のElvis Arguelles(エルビス・アルグエレス)氏、産業技術総合研究所研究グループ付の白沢徹郎氏、山形大学助教の笠松秀輔氏らのグループ。

 見いだしたアプローチとは、電池を不活性雰囲気中で加熱処理することだ。同グループの東京工業大学教授の一杉太郎氏によれば、固体電解質にリン酸Li(Li3PO4)、正極にコバルト酸Li(LiCoO2)を使った全固体Liイオン電池において、1気圧(約0.1MPa)のアルゴンガス中で1時間、150度で加熱処理を施すと、同界面抵抗を1/10以下に減らせた(図12)。その界面抵抗は、暴露しないで作製した場合と同程度とする。

図1 東京工業大学などのグループが界面抵抗の低減を確認するために試作した電池セル
図1 東京工業大学などのグループが界面抵抗の低減を確認するために試作した電池セル
(写真:東京工業大学などのグループ)
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図2 試作した電池セルの動作特性
図2 試作した電池セルの動作特性
左が電極表面を水蒸気に暴露した電池セルのもの。ほとんど電流が流れず電池として機能しない。右が加熱処理を施した電池セルのもの。大きな電流が確認でき、電池として機能することが分かる。(出所:東京工業大学などのグループ)
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