フラッシュ2023年7月11日

• 高エネ密度・長寿命のコバルトニッケルフリー電池材料

  by MITテクノロジーレビュー編集部 [MIT Technology Review Japan]

  横浜国立大学、パナソニック エナジー、立命館大学らの共同研究チームは、高エネルギー密度で長寿命のコバルト・ニッケルフリーの電池材料を開発。高濃度のフッ素を含有させたリチウム（Li）過剰型マンガン（Mn）系酸フッ化物材料を、濃厚電解液と組み合わせることで電圧低下の抑制と実用的な長寿命作動を実現できることを発見した。

  ニッケルフリーの高エネルギー密度の電池材料としてはこれまで、フッ素を含まないリチウム過剰型マンガン系酸化物（Li₂MnO₃）系材料が広く研究されてきた。だが、同材料は充放電時に酸素が酸化された結果として酸素分子として脱離するため、充放電時に電圧が低下する問題があった。

  研究チームは今回、高濃度のフッ素を含有させたリチウム過剰型マンガン系酸フッ化物（Li₂MnO_1.5F_1.5）ではマンガン酸化数の低減効果により酸素が酸化されないため、電圧低下が生じないことを確認。マンガン系酸フッ化物材料は電解液に溶出するため、サイクル寿命の向上が課題とされているが、電解液としてリチウム塩濃度が高い濃厚電解液を利用することでこの課題を克服した。

  さらに、電池材料としての特性を評価したところ、150サイクル後も電圧が低下しないすぐれた可逆性を実現。放電容量も180サイクルまで安定に推移し、自己放電も少ないなど、中国の電気自動車で電池正極材料として広く採用されている低価格な鉄系材料を大きく超えることも明らかになった。

  欧米や日本で販売されている電気自動車では少量のコバルトを含むニッケル系層状酸化物が正極材料として広く用いられている。近年、世界的なニッケル資源獲得競争が激化しており、ニッケル系材料と同等以上の性能でありながら、鉄系材料と同等のコストを実現する正極材料の開発が求められている。

  研究論文は、米国化学会エナジーレターズ（ACS Energy Letters）誌に2023年5月25日付けでオンラインで掲載された。

  （中條）

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