全固体リチウム電池にシリコン負極―ナノ多孔膜で大容量化に道：物質・材料研究機構
(2018年5月14日発表)
（国）物質・材料研究機構は5月14日、安全で信頼性が高い全固体リチウム電池の大容量化に役立つ新技術の動作実験に成功したと発表した。ナノメートルサイズ（1nmは10億分の1m）の微細な孔が無数にあいたナノ多孔構造のアモルファスシリコンを負極膜として使用し大容量の充放電で安定動作することを確認した。電気自動車や再生可能エネルギー用の蓄電池として実用化に弾みがつくと期待している。
リチウムイオン電池は電気自動車や携帯電子機器向けなどに広く実用化しているが、正極と負極の間に必要な電解質として液体を使用している。全固体リチウム電池はこの電解質も含めて全固体化し、安全性や蓄電量の大容量化を実現する狙いだ。
今回、物材研はこの全固体リチウム電池に使う負極材料としてシリコンを採用した。シリコンを使うと、理論上は蓄電容量を従来の黒鉛電極に比べて重量当たり約11倍、体積当たり約3倍に大容量化できる。ただ、シリコンは充放電時のリチウムの出入りに伴って体積が大きく変化し壊れやすいという弱点があった。
そこで物材研は今回、体積変化に強いアモルファスシリコンを用い、さらにこれをナノ多孔構造にしたアモルファスシリコン負極膜を採用した。その結果、充放電を100回繰り返した実験でも容量の低下はほとんど起きないことを突き止めた。ナノ多孔構造のないアモルファスシリコンを使った場合と比較すると、100回の充放電後に多孔構造のない膜では53％も蓄電容量が減ったのに対し、多孔膜では93％の容量を維持できた。
ナノ多孔構造のアモルファスシリコンを利用したことで、物材研は「大容量のシリコン負極が全固体電池内で安定に動作することが明らかになった」とし、安全で信頼性の高い全固体電池の大容量化が実現できる可能性が高まったとみている。
