長寿命の次世代リチウムイオン電池の開発　No.011

背景
　実用化されているリチウムイオン電池は正極材料としてコバルトを使っています。コバルトは世界中で埋蔵量が少なく高価であるため、電池のコストも高くなっています。そこで、埋蔵量が豊富で安価な材料を用いた次世代電池が求められています。
　コバルトに代わる新たな正極材料としてニッケル酸化物を主成分とする材料が近年注目を浴びています。しかし充放電をくりかえすと、正極粒子の構造が変化したり、性能の劣化が早まるといった問題が出ています。その原因の解明が待たれていました。

成果の詳細
　SPring-8 の高輝度Ｘ線を使うと、正極粒子の状態を直接観察することができます。充放電をくりかえした電池を観察したところ、正極粒子の表面にリチウムイオンを通しにくい劣化層が成長していたり、リチウムイオンの通り道を２価のニッケルイオンがふさいでいることが明らかになりました。
　そこで、電極の組成をいろいろに変えて観察を重ね、劣化層の成長を抑えられる組成を見つけることができました。こうして電池寿命の向上に成功しました。

電池性能が劣化する仕組み

１）劣化層の成長
実際の正極粒子は、多数の単結晶粒子（一次粒子）が集合した直径数マイクロメートルの粒子（二次粒子）で、電解質に囲まれています。
充放電をくりかえすと、この二次粒子の表面がリチウムイオンを通しにくい状態に変化します。

２）リチオウムイオンの通路がふさがれる
原子レベルで見た結果、充放電をくりかえすと、一部のリチウムイオが2価のニッケルイオンに置き換わり、リチウムイオンの通り道が阻害されていることがわかりました。