名古屋大学 大学院生命農学研究科応用分子生命科学専攻の松見紀佳准教授は、電気自動車(EV)などに搭載されるリチウムイオン2次電池の安全性を向上させる電解質の開発に成功したことを明らかにした。

同電解質は新しいタイプの有機・無機ハイブリッド材料で、イオン液体やホウ素化合物などの難燃性成分と多糖類からなるハイブリッド型電解質の採用により、安全性を高めつつイオン伝導度10-3Scm-1以上を達成している。

今回の研究では、ある種のイオン液体に良好な溶解性を示し、かつボロン酸誘導体と反応してボレート構造を与えるセルロースを支持高分子材料としてイオンゲルの作成を検討、実施した。例えば、イオン液体中で水酸化リチウム水溶液の存在下、セルロースとボロン酸誘導体を縮合させたところ、簡便に目的のイオンゲル電解質が得られたのみならず、常温において10-3Scm-1を超えるイオン伝導特性も観測され、系によってはイオン液体自体の値を上回ったという。これについては、高解離性のペンタフルオロフェニルボレート塩の導入が系内のイオン数を増加させたためであることが解析により判明。実際に、固体化した後でもイオン液体自身に匹敵するイオン伝導度が観測されているという。

リチウムイオン電池の安全性を向上させる難燃性イオンゲル電解質の概略図(多糖とホウ素の相互作用を利用した新しい有機・無機ハイブリッド型イオンゲルの例)

また、ホウ素の導入により有機成分にも難燃性を付与することが可能であるため、破裂や爆発の危険性が低く、高い安全性のリチウムイオン電池の構築に役立つことが期待されるほか、多糖とホウ素の相互作用を利用した新しいタイプの有機・無機ハイブリッド型電解質の設計により、イオン伝導特性の向上に効果が実証されている有機ホウ素ユニットを安定な形でイオンゲル電解質に導入できるメリットがある。

今回開発された技術と従来手法の比較

さらに、多糖とホウ素の塩基性条件下での縮合により、簡便にホウ素を導入することが可能としており、今後は、同技術によるリチウムイオン2次電池用電解質技術の実用化を目指した材料の熱安定性(400℃まで)やイオン伝導性およびリチウムイオン輸送選択性の向上を進めて行く計画のほか、コストの低減課題への対応も進めていくとしている。

加えて、リチウムイオン2次電池のほか、将来的には燃料電池などの新エネルギー技術やエレクトロクロミック素子などの電子材料分野で広く利用される技術としても応用できることを目指し、特に高難燃性ハイブリッド電解質の実用化に向けた課題に関して、リチウムイオン2次電池の技術開発・商品開発に関心もしくは実績を有する企業や組織などとの意見交換や共同開発、委託研究を提案していく方針としている。