伝導率が世界最高のリチウムイオン伝導体を開発―正極、負極、電解質を刷新し全固体電池の特性を向上：東京工業大学/高エネルギー加速器研究機構ほか
(2023年7月7日発表)
東京工業大学、高エネルギー加速器研究機構、東京大学などの共同研究グループは7月7日、伝導率が世界最高の固体電解質の超リチウムイオン伝導体を開発し、全固体電池の特性を飛躍的に向上させることに成功したと発表した。
従来、全固体電池の電解質の伝導率が低いと、正極の厚みを増して容量を増やすことが困難だったが、新しい電解質を応用することにより1mm膜厚の正極を開発し、特性の向上を実現した。今後、新物質の開拓と材料性能のさらなる向上を進め、高容量、高速充電、安全、長寿命の電池開発を目指したいとしている。
リチウム（Li）イオン電池はスマートフォンや電気自動車をはじめあらゆる用途で使われている蓄電池。近年、容量、出力、価格、安全性のいずれの面でも要求性能が高まっており、その要求に応えるため、正極側では電極の厚膜化によるエネルギー密度向上やコストダウン、負極側ではLi金属電極の活用などが模索されている。
また、可燃性の有機電解質を難燃性の固体電解質に置き換えて安全性を高めるとともに、高容量・高出力化する研究が精力的に進められている。
研究グループは、こうした複数の開発目標を同時に達成することを狙い、今回、厚膜型の全固体Li金属電池セルをシンプルなプロセスで作りあげた。この鍵となったのが、有機電解質を超えるイオン伝導率（10ｍScm-1程度、Sはジーメンス）を持つ材料の開発。
研究グループはデータサイエンスと高エントロピー化という手法を用い、従来のLiイオン伝導体の伝導率27℃で12ｍScm-1を、32ｍScm-1まで高めた。
この新材料を固体電解質として用い、室温25℃で理論値の約90％のエネルギーが取り出せる厚み1mmの電極（正極）を実現した。電極面積あたりの容量はこれまでの全固体電池セルの最高値の1.8倍となった。
この厚膜正極を次世代電池材料であるLi金属負極と組み合わせ、電流値で20mAhcm-2以上の容量が取り出せる全固体電池セルを実現した。
今後はさらに精緻な測定と緻密な合成を進め、高レベルの課題解決を目指したいとしている。
