産総研と東大、リチウムイオン電池が充放電する際の正極の電子状態を観測

産業技術総合研究所(産総研)と東京大学は11月25日、リチウムイオン電池が充放電しているときの正極材料の詳細な電子状態を、軟X線発光分光法を用いて解明したと発表した。

同成果は、産総研 エネルギー技術研究部門 エネルギー界面技術グループの周豪慎研究グループ長、朝倉大輔研究員、細野英司主任研究員、東大 物性研究所の原田慈久准教授らによるもの。詳細は、国際電気化学会の速報誌「Electrochemistry Communications」のオンライン版に掲載された。

今回の研究では、充放電時の軟X線発光分光測定のために、有機電解液とリチウム負極を備えたリチウムイオン電池の正極を分析するための特殊な電池セルを開発した。この電池セルを用いて、マンガン酸リチウム正極中マンガン原子の充放電時の電子の出入りの様子を解析した。なお、軟X線発光分光測定は、大型放射光施設SPring-8の東大アウトステーションBL07LSUにおいて行われた。

そして、マンガン酸リチウム正極中のマンガンの酸化還元反応が明らかになり、これまで困難だった、マンガン-酸素間の結合性や、Mn3+とMn4+の比率の情報などを得ることができたという。

今回の成果により、既存材料を用いたリチウムイオン電池の充放電機構の詳細が明らかになることで、次世代の電極材料開発に貢献することが期待されるとコメントしている。