京都大学と立命館大学、（国）産業技術総合研究所、株式会社KRIの共同研究グループは5月19日、エックス線を使って外部からリチウムイオン電池内部の反応を直接観測し、電極付近で起きている不均一な反応の発生要因を解明したと発表した。電気自動車などに使われている高出力リチウムイオン電池の性能改善に役立つものと期待される。
リチウムイオン電池は携帯電話やノートパソコン用の小型電池から、電気自動車や電力貯蔵用へと大型化が進み、それにつれて高エネルギー密度化、高出力化、長寿命化が大きな課題になってきた。
電池の電極は、反応が均一に進むことを前提に充放電が行われているが、実際には電極の大きさ、厚みや、電極間の距離などの条件で反応が不均一になる。大型化によって不均一性が性能に大きく影響するようになった。
電池は複雑な構造の上、内部は密封されて見えない。そこで電極付近の現象を外側から測るためにエックス線吸収分光法を使い、電極のどの位置がどのくらい充電しているかを図示することに成功した。
さらにより広い領域の情報を得るために立命館大の放射光を使った。反応の不均一性は、これまで電池内部の電子伝導率とイオン伝導率の違いによるものと考えられていたが、実験によってイオン伝導の遅さが影響している可能性が高く、これが性能に大きく影響することを突き止めた。
電池の設計はこれまで試行錯誤の連続だったが、今回の成果によって科学的な設計が大きく進展するものとみられる。
