電極に析出した金属リチウムの非破壊検知可能に―リチウムイオン電池の再利用を後押し：高エネルギー加速器研究機構ほか
(2020年6月16日発表)
高エネルギー加速器研究機構（KEK）と（株）豊田中央研究所、大阪大学、国際基督教大学、（一財）総合科学研究機構の共同研究グループは6月16日、リチウムイオン電池の負極に析出した金属リチウムの検出に世界で初めて成功したと発表した。トラブルや容量低下の原因となる析出金属リチウムを電池外部から非破壊で検査できることを示したもので、リチウム電池を再利用する際の安全性確保に役立つ可能性があるという。
リチウムイオン電池の需要は急速に伸びており、最近では使用済みリチウムイオン電池の再利用が検討されている。ただ、電池の使われ方によってはイオンで存在するはずのリチウムが還元されて金属として析出し、それが電極間の短絡や電解液との熱反応、容量低下につながることが知られている。
このため、再利用に当たっては金属リチウムの析出の確認が重要と考えられている。
研究グループは今回、ミュオンをリチウムイオン電池に照射し、電極内部のリチウム金属から放出されるミュオン特性X線と呼ばれるエネルギーの高いX線を検出してリチウム金属を検知する技術を開発した。
ミュオンはミュー粒子とも呼ばれる素粒子の一種で、質量が電子の約207倍ある。通常、非破壊による元素分析では、試料元素にX線を照射し、そこから放出される蛍光X線のエネルギーを分析する方法が用いられるが、リチウムは軽元素で蛍光X線のエネルギーが低く、電池の外部からそれを検出することは難しい。ミュオン特性X線のエネルギーは蛍光X線のエネルギーより約200倍も高いので、電池の容器外部からも検出できる。
研究グループはミュオン特性X線の高感度検出システムを開発するとともに、大強度負ミュオンビームを取り出せるラインをJ-PARC（大強度陽子加速器施設）に設置した。
実験の結果、電極に析出した金属リチウムと、負極中のリチウムイオンとではミュオンの捕獲率が異なり、検出感度に大きな差があることを解明、両者を区別して検出することに成功した。また、金属リチウムの析出の位置も検知できることが分かった。
今回得られた成果を発展させることにより、今後、金属リチウムの非破壊検査の可能性が広がり、リチウムイオン電池の安全性向上につながることが期待されるとしている。
