名古屋大学、パナソニック株式会社およびファインセラミックスセンターは共同で、全固体リチウムイオン電池を充放電させ、正極材料内におけるリチウムイオンの分布を可視化することに世界で初めて成功。次世代電池の実用化が期待される。

 全固体リチウムイオン電池は高い安全性と高エネルギー密度が期待できる次世代電池。従来の液体電解質を用いた電池の問題点を克服できる「革新電池」の一つとして、電気自動車やハイブリッド自動車への搭載を目的に、世界中で研究開発が行われている。しかし、全固体リチウムイオン電池は、電極/固体電解質界面におけるリチウムイオンの移動抵抗が極めて高く、実用化を妨げている。

 「電子エネルギー損失分光法」は電子が試料内部を透過する際に失ったエネルギーを計測し、材料中の元素や電子状態を分析できる。「高度画像解析技術(多変量解析技術)」では微弱なリチウムの信号をナノメートルスケールで明瞭に捕捉可能。研究グループは、グループが有するこれらの新技術を駆使して、走査型透過電子顕微鏡内で全固体リチウムイオン電池を充放電させ、正極材料であるコバルト酸リチウム内におけるリチウムイオンの分布を同一領域で、かつ定量的に可視化すること成功した。

 この観察により、正極内ではリチウムが不均一に分布しており、充放電中のリチウムイオンの動きにも影響していることが判明。また、固体電解質に近い界面近傍では、リチウムイオンの濃度が低くなっており四酸化三コバルトが多く混在していることが分かった。

 今回の成果からリチウムイオンの移動抵抗が界面で高くなる原因が明らかになり、次世代電池の実用化に向けて大きく前進することが期待される。

論文情報:【Nano Letters】Quantitative Operando Visualization of Electrochemical Reactions and Li-ions in All-Solid-State Batteries by STEM-EELS with Hyperspectral Image Analyses

名古屋大学

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大学ジャーナルオンライン編集部

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