充放電中の全固体Liイオン電池内部の可視化に成功：実用化を妨げる課題の原因が判明

[竹本達哉，EE Times Japan]

パナソニック、名古屋大学などが共同で

　パナソニックとファインセラミックスセンター、名古屋大学は2018年9月3日、電池内部のリチウムイオンの動きを充放電中に可視化する技術を共同で開発したと発表した。開発した技術により、全固体リチウム（Li）イオン電池の課題の一部が特定でき、同電池の実用化に向け「大きく前進することが期待できる」（パナソニックなど）という。

　全固体Liイオン電池は、安全性が高く、高エネルギー密度が期待できる電池として、自動車などへの搭載を目指した開発が進められている。ただ、実用化に向けていくつかの課題を抱える。その一つが、電極／固体電解質界面におけるLiイオンの移動抵抗が極めて高いことである。

　この電極／固体電解質界面におけるLiイオンの移動抵抗が極めて高いという課題の解決には、電池内部でLiイオンがどのように移動しているかを視覚的に把握し、電池設計に反映させる必要がある。しかし、電池の反応は、ナノ単位の局所領域で生じる上、軽元素であるLiの検出感度が低いため、充放電中のLiイオンの動きを視覚的に捉えることが難しかった。

　こうした現状に対し、パナソニックなど3者は、走査型透過電子顕微鏡（STEM）で全固体リチウムイオン電池を充放電させ、電子エネルギー損失分光法（EELS）と高度画像解析技術（多変量解析技術）を駆使し、LiCoO₂正極におけるLiイオンの2次元分布を同一領域で定量的に可視化する技術を実現した。

充放電中におけるLiCoO2正極内部のLiイオン濃度分布の変化 （クリックで拡大） 出典：パナソニック

界面でLiイオンの移動抵抗が高くなる原因が判明

　開発した技術による固体リチウムイオン電池内部を観測したところ、LiCoO₂正極内ではLiが不均一に分布し、充放電中のLiイオンの動きにも影響を及ぼしていることが判明。加えて、固体電解質に近い界面近傍ではLiイオンの濃度が低くなっており、Co₃O₄が多く混在していることも分かったという。パナソニックなどでは「Li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」とする。

　また3者では、他の蓄電池にも応用できるとし、「さまざまな種類の全固体電池の実用化に大きく貢献できると期待される」とコメントしている。