市村学術賞

第44回 市村学術賞 貢献賞 -01

ソフト化学合成法によるリチウム二次電池用高容量電極材料の開発

技術研究者

独立行政法人 産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門
研究グループ長 秋本 順二

技術研究者

同研究所 同研究部門
主任研究員 木嶋 倫人

推  薦 独立行政法人 産業技術総合研究所

研究業績の概要

 リチウムイオン二次電池は高いエネルギー密度や高電圧、長寿命などの優れた特性をもつため、携帯電話やノート型パソコンをはじめとする携帯型情報端末機器の電源として広く用いられている。今後は、自動車、電力貯蔵、産業用機械などにおける大型リチウムイオン二次電池の本格的な使用が予想されるため、電池の入出力特性、エネルギー密度の向上ばかりでなく安全性確保と長寿命化、低コスト化が求められており、このような観点から、更なる高容量化が可能となる正極材料酸化物、負極材料酸化物の開発が必要不可欠であった。
 受賞者らは、高容量電極材料の開発に、無機材料の低温合成プロセスのひとつであるソフト化学合成法を適用した。この合成方法は、出発物質の骨格構造を保持させつつ、イオン交換、イオン挿入等により化学組成を変化させることで、通常の高温焼成法では合成不可能な結晶構造を有する新規酸化物材料を合成できる実用的な利点を有する。この方法を適用して開発したマンガン酸化物系正極材料Li0.83MnO2は、現在使われている各種正極材料と比べ高容量かつ高エネルギー密度であり、さらに、コバルトやニッケルを使用しないことから、コスト的に有利である。また、開発したチタン酸化物系負極材料H2Ti12O25は、現行材料であるLi4Ti5O12と同程度の電圧をもち、充放電容量が30%程度高容量な材料である。これらの材料は、いずれも素材メーカーとの連携により、現在、更なる高容量化と量産化に適する工業的な製造プロセスの確立を行っている。
 本研究成果は、リチウムイオン二次電池の主要な構成材料である正極材料と負極材料の高容量化・低コスト化を可能とするものであり、実用化により電気自動車の本格的な普及促進が加速されることが期待され、低炭素社会の実現に道を拓くものである。また、分散型電源、負荷平準化用電源、家庭用非常電源としての大型蓄電池技術の確立・普及は、東日本大震災後の我が国の緊急の課題となっており、高容量・低コスト蓄電池の実現により、我が国の産業構造・電力供給網の変革が実現できるものと期待される。

図1

図2