2023-04-19 物質・材料研究機構
NIMSは、非常に高い力学強度をもつ高分子ゲル電解質を創製し、リチウム金属負極の保護被膜に適用することで、リチウム金属電池のサイクル性能を大幅に向上しました。
概要
- 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) は、非常に高い力学強度をもつ高分子ゲル電解質を創製し、リチウム金属負極の保護被膜に適用することで、リチウム金属電池のサイクル性能を大幅に向上しました。この成果は、究極の負極材料であるリチウム金属負極の実用化に大きく貢献することが期待されます。
- デジタル社会の到来・電気自動車の普及・再生可能エネルギー利用の促進などの社会背景から、より高性能なリチウム二次電池の需要が年々高まっています。リチウム金属負極は非常に高い理論容量と低い作動電位を持つ反面、充電と放電に伴うリチウムの溶解と析出のサイクルが不完全になりやすく、充放電サイクルの寿命や安全性に問題があります。そのため、リチウム金属負極を用いた二次電池の充放電サイクルの安定性を向上させる技術が求められています。
- 研究チームは高濃度リチウム塩を含む有機溶媒 (電解液) と水素結合性高分子から形成されるゲル電解質を開発しました。このゲル電解質は非常に高い力学強度と伸長性を持つことが特長で、これをリチウム金属負極の人工的な保護被膜として用いることで、サイクル安定性が大きく向上することが今回実証されました。
- 今後は、保護被膜としてのゲル電解質の最適化を進め、広範な電解液系への応用や次世代正極との組み合わせを検討していきます。将来的にはリチウム金属負極を用いた次世代リチウム二次電池の実用化に貢献できる技術となることが期待されます。
- 本研究は主に国立研究開発法人科学技術振興機構 (JST) 共創の場形成支援プログラム (COI-NEXT) 「先進蓄電池研究開発拠点 (JPMJPF2016) 」の研究の一環として行われました。
- 本研究成果は、Advanced Materials誌にて現地時間2023年4 月19日12時 (日本時間19日19時) より前にオンライン掲載されます。
プレスリリース中の図 :
(a)開発した水素結合性ゲル電解質と従来の化学架橋ゲル電解質の引張試験。
(b)モデルセルのサイクル挙動 : ゲル電解質人工保護被膜有り (赤) と保護膜無し (黒) の比較。
掲載論文
題目 : Extremely Tough, Stretchable Gel Electrolytes with Strong Interpolymer Hydrogen Bonding Prepared Using Concentrated Electrolytes to Stabilize Lithium-Metal Anodes
著者 : Ryota Tamate, Yueying Peng, Yuji Kamiyama, Kei Nishikawa
雑誌 : Advanced Materials
掲載日時 : 2023年4月19日
DOI :10.1002/adma.202211679
