GSユアサ、次世代リチウム二次電池の放電に成功…従来比3倍のエネルギー密度

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硫黄-多孔性カーボン複合体正極およびシリコン系負極を備える電池の外観写真と放電特性
  • 硫黄-多孔性カーボン複合体正極およびシリコン系負極を備える電池の外観写真と放電特性
  • 硫黄-多孔性カーボン複合体正極の放電特性
  • 硫黄-多孔性カーボン複合体正極の充放電サイクル特性
GSユアサは11月17日、従来比3倍のエネルギー密度をもつ次世代リチウム二次電池の放電に成功したと発表した。

次世代リチウム二次電池は、従来のリチウムイオン電池用電極材料に比べて、8倍の容量をもつ「硫黄-多孔性カーボン複合体」正極材料、および高い容量をもつシリコン系負極材料を備える。

今回の高いエネルギー密度は、硫黄を含む正極 の高容量化技術により実現。硫黄は、低コストであることに加えて、1675mAh g-1の高い理論容量をもつことから、次世代リチウム二次電池の正極材料として期待されている。しかし、硫黄が絶縁体であるために、その電極反応における硫黄の利用率が低い結果、期待される高容量を得ることが困難であるという問題を持つ。

これまで、この問題に対して、多孔性カーボン担体の孔中に硫黄を充填することで、硫黄に良好な電子伝導性を付与する技術が提案されてきたが、その孔径が大きく、不均一なことから、硫黄の分散性が低くなり、硫黄への十分な電子伝導が付与されない結果、正極材料質量あたりの容量は、800mAh g-1以下にとどまっていた。

同社は、ナノオーダーの均一な細孔をもつ多孔性カーボンの孔に硫黄を充填することによって、1000mAh g-1を上回る容量をもつ硫黄-多孔性カーボン複合体の合成に成功した。さらに、反応中間体(多硫化物)が電解液へ溶解・拡散するという問題も解決し、硫黄-多孔性カーボン複合体電極の容量低下を大幅に抑制した。

高いエネルギー密度をもつ次世代リチウム二次電池開発は、電気自動車の走行距離延伸のキーとなる。同社では今後、シリコン系負極の耐久性能を高めたのちに、実用化技術開発を進め、2020年のサンプル出荷を目指す。
《纐纈敏也@DAYS》

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