ADEKAが世界初の800Wh/kg台電池、長寿命の理由も一部解明
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08673/ https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/08673/?P=2 ADEKAは2023年11月、「SPAN（硫黄変性ポリアクリロニトリル）」と呼ぶ硫黄系有機材料を正極材料、Li金属を負極材料に用いたリチウム（Li）硫黄2次電池（Li-S電池）の一種「Li-SPAN電池」について新しい開発成果を多数発表した。 具体的には、（1）セルの重量エネルギー密度が803Wh/kgという2次電池としての世界最高水準を達成（2）同500Wh/kgのセルでは充放電サイクルが200回以上、回ることを確認（3）全固体Li-SPAN電池でセルの重量エネルギー密度350Wh/kgを達成し、充放電サイクルが50回以上、回ることも確認（4）電池パックとしての重量エネルギー密度が315Wh/kgのLi-SPAN電池で、マイクロドローンのフライトに成功（5）SPAN正極を用いたLi-SPAN電池の充放電サイクル寿命が他のLi-S電池よりはるかに長い理由を一部解明（6）Li-SPAN電池の釘刺し試験で、温度上昇が、SPANのS含有率によらず、いずれの場合でも発火や発煙は起こらないことなどを発見（7）充放電特性を高めた同350Wh/kgのセルで放電レートとして3Cかつ200回以上の充放電サイクルを確認（8）半固体電池（Semi-solid、またはクレー型電池）で、正極材料の「超厚塗り」によって、単位面積当たりの容量密度が100mAh/cm2を実現（9）ドライ電極プロセスを適用した液系Li-S電池を試作 これらのうち、（1）～（6）については、2023年11月28～30日に大阪市で開催された電池技術の学会「第64回電池討論会」で詳細を発表した。 電解液や集電体をとことん軽い材料に ADEKAは2022年の電池討論会で、セルの重量エネルギー密度として708Wh/kgの世界最軽量級Li-SPAN電池を試作したことを発表している。今回の（1）は803Wh/kgで、1年前の記録を更新した（図1）。ちなみに、体積エネルギー密度であればもはや800Wh/Lは珍しくない。しかし、重量エネルギー密度が800Wh/kg超は2次電池としては世界初といえる。 [画像のクリックで拡大表示] [画像のクリックで拡大表示] 図1 803Wh/kgのLi-SPAN電池セル（モック）と充放電データ 大阪城を背景に写真撮影したが、安全性確保と法令順守のためにモックを利用したとする（出所：ADEKA） ADEKAによれば、セルの作製プロセスは基本的に今回も同じだとする。軽量化を追求するため、（i）電解液も比重が小さい材料系を選択した、（ii）負極の集電体材料を、一般的な銅（Cu）からより比重が小さいLi箔に変更した、（iii）セルは、100％放電状態で作製するいわゆる「アノード（負極）フリー」プロセスを採用した――といった点である。 SPANの硫黄含有率が52重量％ 前回と異なるのは、SPANの硫黄（S）含有率を48重量％から、52重量％に高めた点。48重量％のSPANは既に年間100kgの規模で製造しているが、52重量％のSPANはADEKAの福島県相馬市にある相馬工場で特別に試作した材料だという。 こうして実現した803Wh/kgのセルの充放電サイクル寿命は充放電レートが0.05C（20時間充電）の場合に7～8回だとする。 ADEKAによれば、他機関の研究開発で700Wh/kgというセルの報告例があるというが、その充放電サイクル寿命はわずか1回。事実上の1次電池だ。 7～8回でも実用化にするにはサイクル寿命がやや短いが、「800Wh/kg超という、これまでにない水準の2次電池を開発できたことで、電池としての今後の可能性を示せた」（ADEKA 研究開発本部 環境・エネルギー材料研究所 環境・エネルギー材料研究室の撹上健二氏）という。 […]
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