東北大学がコバルトを使わないリチウムイオン電池の高電圧動作を実証

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東北大学がコバルトを使わないリチウムイオン電池の高電圧動作を実証東北大学多元物質科学研究所は、9月27日、コバルトを使わないリチウムイオン電池の正極「LiNi0.5Mn1.5O4」(リチウムニッケルマンガン酸化物:LNMO)の高電圧動作に成功したことを発表した。政治的にもリスクの高いコバルトのサプライチェーンの回避や、5ボルト級リチウムイオン電池、全固体電池の高エネルギー密度化などが期待される。

リチウムイオン電池の電極にはコバルトが使われている。しかし、世界のコバルト鉱石生産量のうち半分以上を、政情不安定なコンゴ民主共和国1国が占めている。また、コバルト冶金の生産は世界の6割以上を中国が占めている。そのため、将来EVの生産量が急増したり、国際情勢が変化したときなどに、コバルトの供給が不安定になる危険性がある。

そこで、東北大学多元物質科学研究所の小林弘明助教、本間格教授らは、コバルトを含まないコバルトフリー正極の技術開発を進めてきた。これまで、スピネル型結晶構造のLNMOが高電圧、高エネルギー密度の正極活物質として期待されていたが、従来のリチウムイオン電池の動作電圧が3.7ボルトなのに対してLNMOは4.7ボルトと高く、そのため電解液の分解などにより充放電サイクルが困難になるという問題があった。そこで小林助教らは、耐電圧性の高いフッ化物固体電解質Li3AlF6を開発し、これを薄膜コーティングしてコアシェル構造正極を作ることで、安定した高電圧動作を実証した。

コーティングしていない正極は、高電圧動作で生じた電解液の分解物が堆積して電気抵抗が増加し劣化したが、コーティングしたものは電解液の分解が抑えられ、高いサイクル特性が示されたという。

これは、5ボルト級のリチウムイオン電池、コバルトフリー正極材料、全固体電池といった「ポストリチウムイオン電池」への応用が期待される。さらに、フッ化物固体電解質のリチウムイオン伝導度を高めることで、「車載電池の本命である全固体電池の高エネルギー密度化」も期待できるとのことだ。