【研究成果】＜東京大学の山田淳夫教授のグループ＞コバルト不要の超高エネルギー密度リチウムイオン電池 ― 新たな設計指針により電圧制限を撤廃 ―

DX-GEMに参加している東京大学の山田淳夫教授のグループによる研究成果が、2023年10月19日付の英国の学術雑誌Nature Sustainability電子版に掲載されました。

【発表のポイント】
・環境負荷が大きく高価なコバルトを一切含まないにもかかわらず、従来比1.6倍の高いエネルギー密度を有するリチウムイオン電池を実現しました。
・プラス極（正極）、マイナス極（負極）、電解液の同時反応性制御に基づく独自の最適化戦略により、高度な劣化抑制と電圧制限撤廃を達成しました。
・地政学的リスクの高い元素を排除しつつ、高電圧と高容量を担保する現実的な高性能蓄電池の開発が可能になり、持続可能な社会実現への貢献が期待されます。

【発表概要】
東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授、コ ソンジェ（Ko Seongjae）助教らによる研究グループは、リチウムイオン電池の開発において見逃されてきた重要な設計因子に着目し、副反応（本来起こってほしくない反応）により引き起こされる劣化について多角的な分析を行いました。その結果、これまでの電池設計では、電解液が起こす副反応と電極が起こす副反応のいずれかが十分に抑制されていないことを明らかにしました。そこで、これら2つの副反応を同時に抑制する電解液設計を施すことで電圧制限を撤廃し、コバルトを使用しない高エネルギー密度のLiNi0.5Mn1.5O4|SiOx電池の実用レベルでの安定作動（初期容量比80%維持率/1000回充放電）に初めて成功しました。これにより、高価な貴金属であるコバルトを含まないにもかかわらず、従来比1.6倍の高いエネルギー密度と長い寿命をあわせ持つ革新的な二次電池実現の可能性が示されました。

図１：持続可能性を備えた高エネルギー密度リチウムイオン電池の実現
（東京大学大学院工学系研究科HPより引用：https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-10-20-001）

コバルトを使用せず高電圧を発生するLiNi0.5Mn1.5O4正極と、豊富な資源を主成分とする高容量のSiOx負極から構成される理想的なリチウムイオン電池の実現は、持続可能社会への移行に大きく貢献する。

本研究成果は、10月19日付の英国の学術雑誌Nature Sustainability電子版に掲載された。

※東京大学大学院工学系研究科HPより抜粋（https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-10-20-001）