コバルトフリーの新型リチウムイオン電池、東芝が開発：副反応のガス発生を抑制（1/2 ページ）

東芝は、コバルト不使用の5V級高電位正極材料を用いて、新しいリチウムイオン二次電池を開発した。2028年の実用化を目指す。

[浅井涼，EE Times Japan]

　東芝は2023年11月28日、コバルト不使用の5V級高電位正極材料を用いて、新しいリチウムイオン二次電池を開発したと発表した。同材料の採用により高電圧化とパワー性能の向上が期待できる。電極の構成部材を改良したことで、同材料の実用上の課題であった副反応のガス発生も抑制した。2028年の実用化と、将来の車載用途への展開を目指す。

　同社はこのリチウムイオン二次電池の試作品で、3V以上の出力電圧と、5分間で80％充電できる急速充電性能、60℃の高温下での優れた寿命特性を実証したとしている。

コバルト不使用の5V級高電位正極材料を用いたリチウムイオン二次電池［クリックで拡大］ 出所：東芝

　今回の開発の背景には、カーボンニュートラルの実現に向けて産業機器や商用車の電動化が急務となっていることがある。バスやトラック、重機といった商用車は乗用車とは異なり、1回あたりの稼働時間が長く、過酷な環境下でも使用される。従来型のリチウムイオン電池は充電時間が数時間以上必要で、かつ過酷環境下で使用すると寿命が短くなるため、商用車の電動化で求められる条件を満たすことが難しい。

　従来型のリチウムイオン電池は、材料のサプライチェーンという観点からも課題がある。リチウムイオン電池用正極材料に広く用いられるレアメタルのコバルトは、近年の需要増加に伴う供給不足やコストの変動、産出国の偏り、採掘や精錬の際に環境問題を引き起こすことなどが懸念されているからだ。そのため、正極材料の“脱コバルト化”への期待が高まっていた。

左＝電池技術開発のトレンド／右＝電池材料のサプライチェーンの問題［クリックで拡大］ 出所：東芝

高電圧化に向け5V級高電位正極材料に注目

　こうした背景から注目されるのが、コバルトを使用しない電池材料である5V級高電位正極材料だ。他の代表的な正極材料と比べて、5V級高電位正極材料は電位が高い。リチウムイオン電池の電圧は正極と負極の電位差で決まるため、正極電位が高いと高電圧化とパワー性能向上が期待できる。

代表的な正極材料の種類と特徴［クリックで拡大］ 出所：東芝

　一方で、電極電位の高さによる実用上の課題もある。電解液と反応してガスを発生させるほか、正極から電解液に金属イオンが溶け出してしまうというものだ。これに対し電解液の酸化耐性を向上させる試みが行われてきたが、ガス発生の抑制とリチウムイオンの良好な伝導性の確保はトレードオフの関係にあり、解消が困難だった。