NEDO、リチウムイオン電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体電池を開発

新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のプロジェクトに参加するトヨタと東京工業大学の研究グループは、超イオン伝導体と呼ぶ物質を新たに発見し、現行のリチウムイオン電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体電池の開発に成功した、と発表しました。

発表によると新開発の全固体電池は、現行のリチウムイオン電池と比べて3倍以上の高出力特性を示すとともに、低温及び高温での優れた充電受入性や充放電サイクルに対する耐久性を示している、ということです。

図1 発見した超イオン伝導体（Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3とLi_9.6P₃S₁₂）のイオン伝導率の温度依存性

研究グループでは2つの物質を発見しました。1つは「Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3」（リチウム・シリコン・リン・硫黄・塩素）という超イオン伝導体、もうひとつは、広い電位窓（電解質が安定に動作する電位の範囲。広いほど、電池のエネルギー密度が向上する）を持ち、リチウム金属負極の電解質として利用できる「Li9.6P3S12」という物質です。

発見した超イオン伝導体「Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3」は、図１に示すように室温で25mS・cm-1（1センチメートル当たり25ミリジーメンス）の極めて高いリチウムイオン伝導率を示しています。研究グループによると、「Li9.6P3S12」はリチウム金属負極に対しても安定に作動して、全固体電池の電解質として優れた材料、ということです。

なお、超イオン伝導体とは、固体中をイオンがあたかも液体のように動き回る物質のなかで、従来のリチウムイオン伝導体では1mS･cm-1程度の伝導率が最高とされてきましたが、研究グループでは、この伝導率を越える物質を超イオン伝導体と呼んでいます。

図2 開発した全固体電池の特性

発見した超イオン伝導体で研究グループが全固体電池を試作したところ、現行のリチウムイオン電池と比較して、室温で3倍以上の高速の充放電が可能であることを実証した、ということです。

また、低温（-30℃）や高温（100℃）でも優れた充放電特性を示したようです。特に、現行のリチウムイオン電池では作動することが難しい100℃という高温環境下で、3分間での高速充放電を1,000サイクル以上安定して行えることを、研究グループが確認しています。（図2）。

全固体電池はEVやHV・PHV向けの次世代電池として期待されており、大手自動車メーカーによる全固体電池開発の動向に注目が集まっています。

（山内　博・画像：NEDO）