「箔1枚」で容量と寿命を両立 次世代リチウム電池負極：「リチウムの通り道」を自発的に形成

東北大学とUACJの研究グループは、リチウムイオン二次電池の負極材料として注目されるアルミニウム箔負極に微量のマンガン（Mn）を加えることで、サイクル寿命を延ばしつつ、利用可能な容量を高く保つことに成功した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

アルミニウム箔負極に微量のマンガンを添加する独自の合金設計

　東北大学金属材料研究所の中田優樹助教や李弘毅助教、市坪哲教授および、UACJなどの研究グループは2026年10月、リチウムイオン二次電池の負極材料として注目されるアルミニウム箔負極に微量のマンガンを加えることで、電池のサイクル寿命を延ばしつつ利用可能な容量を高く保つことに成功したと発表した。「箔一枚」というシンプルな電極を実用化できれば、電池の製造コストを大幅に下げることができ、環境負荷の低減にもつながるとみている。

　電気自動車（EV）などの普及に伴い、より大容量で低コスト化を図ったリチウム二次電池のニーズが高まっている。こうした中で期待されているのが「アルミニウム箔負極」である。高エネルギー密度と製造プロセスの簡略化を両立できるからだ。ところが、従来は電極構造の劣化を抑えて寿命を延ばそうとするとリチウムが内部に残留して利用可能な容量が低下するなど、容量と寿命がトレードオフの関係にあった。

左が従来の黒鉛負極、右がアルミニウム箔負極のイメージ図［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　そこで研究グループは、「寿命と容量のトレードオフ」解消に向けて、独自の合金設計を行った。着目したのは、リチウムと親和性が低いマンガンである。アルミニウムの中へマンガンを均一に溶け込ませた固溶体を作製した。

　均一に分散したマンガンは、充電時に移動するリチウムに対し、局所的にブレーキをかける。これによって、充電中に電極内部の反応組織が自発的に微細化し、リチウムの通り道として機能する「結晶粒界のネットワーク構造」を形成することが分かった。この結果、電極内部の原子がスムーズに移動できるようになり、理想的なリチウム脱離現象を実現した。しかも、内部へのリチウム残留が極めて少なくなり、利用可能な容量を高く保つことに成功した。

今回採用した合金設計アプローチ［クリックで拡大］ 出所：東北大学

反応組織における「リチウムの通り道」［クリックで拡大］ 出所：東北大学

従来技術と今回の研究（下段）におけるリチウム脱離過程の比較［クリックで拡大］ 出所：東北大学