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全固体電池の耐久性問題解消、原子レベルで体積不変の正極材が開発された

横浜国大が実現
全固体電池の耐久性問題解消、原子レベルで体積不変の正極材が開発された

開発したバナジウム系電極材(横浜国大提供)

横浜国立大学の小沼樹大学院生と藪内直明教授らは、原子レベルで体積変化しない全固体電池の正極材料を開発した。リチウムイオンが電極物質に脱挿入されても結晶格子の体積が変わらないため劣化を抑えられる。硫化物系電解質と全固体電池を構成し耐久性を検証すると、400回の充放電では劣化は見られなかった。全固体電池の耐久性問題の解消につながる。

実験用の電池評価セル(横浜国大提供)

岩塩型の結晶構造を持つリチウム過剰バナジウム系材料を開発した。放電時にリチウムイオンが挿入されるとバナジウムは3価、充電時にリチウムイオンが抜けるとバナジウムは5価のイオンになる。リチウムイオンが抜けた分をバナジウムイオンが移動して膨らみ、結晶全体としての体積を一定に保つ。

電池は電極の体積が変化して電解質と電極の間に隙間ができ性能が劣化する。体積変化がなければ劣化を防げる。実際にリチウム合金を負極に硫化物系電解質と全固体電池を組むと容量は1グラム当たり300ミリアンペア時。400回の充放電では容量は変わらなかった。

全固体電池の普及に向け正極材料は大きな進展になる。バナジウムの供給は中国とロシア、南アフリカに偏るものの、用途が特殊鋼に限られていた。


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日刊工業新聞 2022年12月13日

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