プレスリリース

平成23年10月12日

次世代リチウムイオン電池用高容量正極材料を開発

―実用充放電時において従来の正極材料の2倍の容量を達成―

 株式会社KRI(社長:成宮明)は、数時間〜数十分の実用レベルの充放電時間においても高容量を得ることが可能な、規則性が乱れた微結晶構造*1を有する針状粒子マンガン系正極材料を開発しました。当社は、開発材料を電気自動車、家庭用蓄電システムに搭載されるリチウムイオン電池(LIB)の高エネルギー密度化、低コスト化を可能とする次世代材料と位置づけ、今後、本技術を基に、蓄電デバイス関連メーカー等からの受託研究により実用化に向けた開発を行う予定です。

[背景]
  LIBは、小型携帯機器のみならず、電気自動車、家庭用蓄電システムにおいてキーデバイスであり、より高いエネルギー密度、入出力特性確保に向け開発が進められております。LIBの高エネルギー密度化においては、高容量正極材料、負極材料の開発がその鍵を握っており、負極材料においては、従来の3倍以上の容量を有するポリアセン系材料、シリコン系材料、錫系材料等が次世代材料として実用化が期待されております。一方、正極材料*2においても、LiMnO・LiMO系固溶体、シリケート系材料等が、実用化されている正極材料の2倍以上の容量を期待できることから、多くの研究機関で開発が進められております。中でも、固溶体系においては、既に、300mAh/g程度の容量が報告され、実用化に向けた開発が加速しており、その充放電時間を実用レベルまで短縮することが課題の1つでありました。

[今回の成果と特徴]
  当社はLiMnO・LiMO系固溶体に焦点を当て、その構造(結晶構造、粒子形状)に関し検討を進めて参りました。今回、(1)原料であるマンガン系前駆体の形状制御及び(2)合成プロセス設計(溶融塩法、反応温度)等の独自合成ノウハウにより、規則性が乱れた微結晶(結晶子サイズ:10nmオーダー)よりなる、直径30nm程度、長さ数百nm程度の針状形状(図参照)のマンガン複合酸化物系高容量正極材料を得ることに成功しました。
  このマンガン系正極材料は、結晶子サイズが小さいこと(従来の1/10程度)、結晶の規則性が乱れていることにより、広い充放電範囲においても、充分なLiの拡散性を維持することができます。これにより、従来の正極材料の2倍程度の250mAh/g〜300mAh/g(平均電圧3.5V)の高容量を実用的な時間(数時間〜数十分)で放電が可能となり、30分の放電でも80%の容量を維持します。今後、この正極材料と次世代負極材料のとの組み合わせにより大幅なエネルギー密度向上、低コスト化が期待できます。

  現在の実用化されているLIB正極材料と比較した場合の、当社の開発品の特徴は次の通りです。

  (1) 容量:材料レベルで2倍以上、デバイスレベルで2倍程度の可能性
(2) 放電時間:同等(数時間〜数十分)
(3) コスト:デバイスWh単価で1/2の可能性

  今後、開発したマンガン複合酸化物系高容量正極材料技術を基に、蓄電デバイス関連メーカー等からの受託研究により実用化に向け、構造(結晶、形状)の最適化、信頼性、安全性に関する検討を行う予定です。

  開発したマンガン複合酸化物系高容量正極材料の構造  
開発したマンガン複合酸化物系高容量正極材料の構造
本件に関するお問い合せは下記までお願いいたします。
【技術に関するお問合せ先】
株式会社  KRI

エネルギー変換研究部 部長  木下

TEL:075-315-9259
【プレスリリースに関するお問合せ先】
株式会社  KRI     経営企画部   藤原

TEL:075−315−9242

<補足、用語解説>

*1  微結晶構造

粉末X線回折で結晶格子の面間隔に応じた回折パターンが得られ、かつ、そのサイズが小さい結晶が微結晶と呼ばれます。今回の開発マンガン複合酸化物系高容量正極材料は、層状構造を有する10〜20nm程度の小さな微結晶が集まり(微結晶構造)、直径30nm程度、長さ数百nm程度の針状粒子を構成しています。

*2  リチウムイオン電池用高容量正極材料

現在、民生用、自動車用等で実用化されている代表的なリチウムイオン電池用正極材料の利用可能容量は、LiCoO2で150mAh/g、LiMn2O4で100mAh/g程度であります。今後のリチウム系二次電池の更なる高エネルギー密度化を実現するためには、より大きな容量を有する正極活物質の開発がポイントとなっております。現在、理論容量が300mAh/gを超えるLi2MnO3・LiMO2(MはCo、Ni等の遷移金属)系固溶体やシリケート系酸化物等が検討され、実用化に向け活発に開発が進められています。
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