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癖のある「硫黄」を使って容量3倍、次世代リチウム蓄電池

本記事はモノづくりスペシャリストのための情報ポータル MONOist から転載しています。

GSユアサは2014年11月、次世代リチウムイオン蓄電池セルを試作、エネルギー密度を従来比3倍に高めることに成功したと発表した。高性能ながら、電池に向かない性質を持つ「硫黄」を手なずけることで実現した。

GSユアサは2014年11月17日、次世代リチウムイオン蓄電池セルを試作、従来比3倍のエネルギー密度*1)を持たせることに成功したと発表した(図1)。
 同社は電気自動車用リチウムイオン蓄電池セルやモジュールを製造している。今後、新開発品が用いる負極材料の耐久性能を改善し、2020年には自動車産業向けに蓄電池セルのサンプル出荷を開始したいという*2)。
 図1に示したセルの寸法は非公開。電極の面積は12cm2だという。
*1) エネルギー密度にはさまざまな定義がある。ここでは電池セル全体の重量から求めた密度ではなく、封止材やセパレーター、電解液などを除いた、電極の重量だけから求めたエネルギー密度を意味している。
*2) このような用途を目指しているため、常温で動作する蓄電池として開発した。

図1 試作した次世代リチウムイオン蓄電池セルの外観 [ 出典 ] GSユアサ
硫黄とシリコンを使う

エネルギー密度向上のために同社が採った手法は、リチウムイオン蓄電池の電極を改善するというもの。正極側を従来のリチウム金属酸化物から、硫黄(イオウ)を使った構成に変えた。「硫黄を使うと蓄電池セルの電圧が従来の約2分の1に落ちるものの、正極に蓄えることが可能な容量が8倍に増える。その結果、3倍のエネルギー密度を実現できた」(GSユアサ、図2)。負極にも工夫がある。黒鉛(グラファイト)などの炭素系材料ではなく、シリコン(ケイ素)を用いる*3)。
*3) シリコン負極は充放電の繰り返しに弱く、性能を発揮できる構造を維持しにくいという欠点がある。今回の発表ではシリコン負極の改善点については全く触れていない(冒頭にあるように、2020年までの重点開発項目であることは表明している)。

図2 一般的なリチウムイオン蓄電池と比較した新電池の放電特性 電池の電圧と放電量の関係が分かる。 [ 出典 ] GSユアサ

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