遠藤研究室－LIB

現段階の課題

リチウムイオン二次電池

　近年、電子機器は小型・軽量・高性能化が著しく進展し、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器の普及が急拡大している。これには電子デバイスならびに搭載される二次電池の高性能化が大きく寄与している。
　最近のエレクトロニクス市場で求められる二次電池は、エネルギー密度(Wh/l, Wh/kg)が大きく、機器全体の小型、軽量化に貢献できることである。二次電池には従来からの鉛蓄電池やNi-Cd電池に加え、Ni-MH電池、リチウムイオン電池が新たに参画し、技術革新が進んでいる。特にリチウムイオン二次電池は他の二次電池と比べて携帯電子機器用として次のような特長を有している。

エネルギー密度が高い (Ni-Cd電池の約1.5倍(Wh/l)、あるいは2倍(Wh/kg)) ※Figure.1参照
高電圧(3.6V)動作（Ni-Cd電池やNi-MH電池の約3倍)
サイクル寿命が長い
Ni-Cd電池などにみられるメモリー効果がない（リチウムイオン電池は使用途中での再充電が可能)
電解液と電極の間で化学反応をおこさないため、電子の損失が少なく自己放電が少ない（10%/月以下）
放電特性が緩やかで連続的に変化するので残量の検出が簡単となり、パソコン等で正確な残量表示が可能

Figure.1 Energy Density of Secondary Battery

　リチウム金属を負極に用いる二次電池は1980年代に最初に製品化されたが、現在では正極にリチウム含有金属酸化物(LiCoO₂, LiMnO₂, LiNiO₂)、負極には炭素材料が用いられている。
　以前は負極にリチウム金属が用いられていたが、現在ではそれに変わり炭素材料が採用された。そこでは炭素六角網平面間にリチウムイオンを貯蔵し、当初に問題となったリチウム金属のデンドライト（樹枝状析出物）が発生せず安全性を著しく高めることが可能となった。
　また、Li-GICの最大理論容量372mAh/g（組成式LiC₆;第１ステージ）をはるかに超える高容量のリチウムを貯蔵可能な炭素体も見出され、電池の小型軽量化、高容量化がさらに進もうとしている。