全配位型有機電解液を用いた次世代型二次電池の開発

エネルギー・資源問題の深刻化に伴い、蓄電池技術の進化が切に望まれている。リチウムイオン電池は蓄電池として最も高いエネルギー密度を持っていることから、現在ほとんどの携帯電子機器に搭載され、電気自動車をはじめとする大型用途への展開が始まっている。一方で、これらの蓄電池の電池性能は、本格的普及を鑑みた市場の要求水準からはほど遠いのが現状であり、また、現状の設計指針に沿った性能向上はほとんど限界に近付いている。電極、電解液など電池を構成する要素は電池特性に対して複合的に相関していることから、それぞれの側面からの抜本的指針転換による電池性能の向上が求められている。以上のような背景を踏まえ、電池反応の高速化、そして電池の高エネルギー化を目指し、新規正極材料と全配位型有機電解液を組み合わせた次世代型二次電池の開発を行った。まず、地球上に豊富に存在する元素のみで構成されるNa-Fe(II)-S-Oの四元系において系統的な探索を行い、データベース上に全く報告例のなかった新規相アルオード石型硫酸鉄ナトリウムを見出すことに成功した。また、充放電反応時の電極を放射光X線回折測定、NMR測定等を組み合わせることで、充放電反応中の反応機構を明らかにした。得られた新規材料の電圧が極めて高いことから、現行の電解液の酸化耐性は十分でなく、充電状態においては緩やかに電解液の分解反応が進行していることが明らかとなった。また、全ての溶媒が塩に対して配位することで酸化耐性が極めて高いと考えられる全配位型有機電解液を用いることで、高電位での電解液の分解を抑えられることがわかった。

エネルギー・資源問題の深刻化に伴い、蓄電池技術の進化が切に望まれている。リチウムイオン電池は蓄電池として最も高いエネルギー密度を持っていることから、現在ほとんどの携帯電子機器に搭載され、電気自動車をはじめとする大型用途への展開が始まっている。一方で、これらの蓄電池の電池性能は、本格的普及を鑑みた市場の要求水準からはほど遠いのが現状であり、また、現状の設計指針に沿った性能向上はほとんど限界に近付いている。電極、電解液など電池を構成する要素は電池特性に対して複合的に相関していることから、それぞれの側面からの抜本的指針転換による電池性能の向上が求められている。以上のような背景を踏まえ、電池反応の高速化、そして電池の高エネルギー化を目指し、新規正極材料と全配位型有機電解液を組み合わせた次世代型二次電池の開発を行った。まず、地球上に豊富に存在する元素のみで構成されるNa-Fe(II)-S-Oの四元系において系統的な探索を行い、データベース上に全く報告例のなかった新規相アルオード石型硫酸鉄ナトリウムを見出すことに成功した。また、充放電反応時の電極を放射光X線回折測定、NMR測定等を組み合わせることで、充放電反応中の反応機構を明らかにした。得られた新規材料の電圧が極めて高いことから、現行の電解液の酸化耐性は十分でなく、充電状態においては緩やかに電解液の分解反応が進行していることが明らかとなった。また、全ての溶媒が塩に対して配位することで酸化耐性が極めて高いと考えられる全配位型有機電解液を用いることで、高電位での電解液の分解を抑えられることがわかった。