「リチウム過剰」の電池正極材、高電圧でも安定動作

横浜国立大学や名古屋工業大学などの研究チームは、リチウムイオン電池の高容量化につながる材料を開発した。リチウムを多く含む「リチウム過剰系」と呼ぶ正極材料から酸素が放出されて性能が劣化するのを防ぎ、高い電圧でも安定して充放電できるようになる。従来の2倍ほどの容量をもつ次世代電池の正極材料の開発に役立つ。

リチウム過剰系の正極材料は充放電を担うリチウムを多く含み、高容量になると期待される。一方、充放電に伴い電極中の金属だけでなく酸素も反応する特徴があり、充放電を繰り返すうちに電極から酸素が放出されて性能が劣化してしまう問題があった。これまでのリチウム過剰系はマンガンなどの原子が規則正しく並んだ層状構造をもつタイプが多く、3ボルトほどの低電圧で動作していた。

研究チームはマンガンをニッケルに置き換え、原子が不規則に並んだ構造をもつリチウム過剰系材料を開発した。性能を詳しく調べたところ、充放電しても正極から酸素が放出されにくくなり、4ボルトほどの高電圧でも安定して動作した。ニッケルと酸素が一直線に並んで強く結合し、酸素が電極の外に抜け出すのを防いだとみている。

研究チームの藪内直明・横浜国立大学教授は「リチウム過剰系の正極材料を探索する指針になるだろう」と期待する。