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“火を消す”高性能電解液を開発

- 絶対に発火しない長寿命電池の実現へ -

東京大学
京都大学
物質・材料研究機構 (NIMS)

東京大学、京都大学、NIMSらの研究グループは、消火機能を備える有機電解液を開発しました。この電解液は、既存の可燃性有機電解液と同等以上の高い電圧耐性を有し、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池の長期充放電サイクルを可能にします。発火・爆発事故の主原因とされてきた有機電解液に消火機能を与えることで、格段に安全かつ高エネルギー密度の新型電池開発の加速が期待されます。

概要

現在、二次電池の高エネルギー密度化を目指し、リチウムイオン電池の派生型や次世代型を含むさまざまな二次電池の研究が活発に行われています。一方で、可燃性の有機電解液に起因するリチウムイオン電池の発火・爆発事故が多く報告され、二次電池の市場・用途拡大の大きな阻害要因となっています。更なる高エネルギー密度化や大型化は必然的に発火リスクを高めることになるため、従来技術の延長線上にはない新たな発想による二次電池の安全対策が強く求められています。加えて、電気自動車やスマートグリッド用電池には10年以上の長寿命が要求されるため、数年の製品寿命を前提とした現状の携帯機器用の電池技術では十分に対応できていません。
東京大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授と山田裕貴助教らのグループは、国立研究開発法人物質・材料研究機構の館山佳尚グループリーダー、袖山慶太郎主任研究員らとの共同研究により、消火機能を備える高性能有機電解液を開発しました。この電解液は、難燃性の有機溶媒と電解質塩のみから構成され、引火点を持ちません。加えて、200℃以上への温度上昇時に発生・拡散する蒸気も消火剤となることから、電池の発火リスクを広範囲にわたって積極的に低減します。一方、従来電解液成分として必須とされてきた可燃性の有機溶媒を一切使用していないにもかかわらず、リチウムイオン電池及びナトリウムイオン電池の長期に渡る極めて安定な繰り返し充放電を実現しました。
本研究により、これまで二次電池の発火・爆発事故の主原因とされてきた有機電解液が、消火機能を発揮する安全対策の切り札となり得ることが示されました。これにより、従来解決不可能なジレンマとされてきた二次電池の高エネルギー密度化・大型化と高度な安全性の確保の両立が可能となります。加えて、格段の長寿命化の可能性も示されており、電気自動車やスマートグリッド用途に向けて実用に耐え得る新型二次電池開発が加速されます。
本研究成果は、2017年11月27日付の英国学術雑誌Nature Energy電子版に掲載されます。なお、本研究の一部は、文部科学省元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>「京都大学 触媒・電池元素戦略研究拠点ユニット」 (研究代表者 : 田中庸裕 京都大学大学院工学研究科教授) による支援を受けて行われました。

「プレスリリースの図1 : 研究成果のイメージ図」の画像

プレスリリースの図1 : 研究成果のイメージ図




問い合わせ先

山田 淳夫
東京大学 大学院工学系研究科
化学システム工学専攻 教授
山田 裕貴
東京大学 大学院工学系研究科
化学システム工学専攻 助教
館山 佳尚 (タテヤマ ヨシタカ)
国立研究開発法人 物質・材料研究機構
エネルギー・環境材料研究拠点
界面計算科学グループ グループリーダー
〒305-0044 茨城県つくば市並木1 - 1
Tel: 029-859-2626
Fax: 029-860-4706
E-Mail: TATEYAMA.Yoshitaka=nims.go.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
(報道・広報に関すること)
東京大学工学部・大学院工学系研究科
広報室
E-Mail: kouhou=pr.t.u-tokyo.ac.jp
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国立研究開発法人 物質・材料研究機構
経営企画部門 広報室
〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
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FAX: 029-859-2017
E-Mail: pressrelease=ml.nims.go.jp
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