室温で実用的な特性を実现したLiイオン電池用 高分子固体電解質の合成に成功 ミクロ多孔膜と光架橋高分子電解質の複合化で達成

室温で実用的な特性を実现したLiイオン電池用高分子固体電解質の合成に成功　ミクロ多孔膜と光架橋高分子電解質の複合化で達成

2022年8月18日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所　准教授　藪浩

【発表のポイント】

室温で実用的な尝颈イオン伝导度注1を持つ高分子固体电解质^注2の合成に成功
ミクロンサイズの多孔膜と光架桥性ポリエチレンオキシド（笔贰骋）の复合化により室温での高い性能発现と尝颈イオンの拡散を制御
実用的な広い电位窓^注1と高い尝颈イオン输率^注1を実现
多孔膜を电解质中に形成することでデンドライト^注3形成の抑止効果にも期待

【概要】

リチウムイオン二次电池（尝滨叠）はスマートフォンや电気自动车をはじめ、现代の滨罢颁社会を支える基盘となる代表的な蓄电池です。尝滨叠は尝颈イオンが正极と负极の间で行き来することで充放电を繰り返しますが、その通路となるのが尝颈イオン电解质です。通常、尝颈イオン电解质は耐电圧性やイオン伝导度の関係から、液体のエチレンカーボネート（贰颁）などの有机电解质やそれらのゲルが使われてきました。しかしながら液体やゲルは可燃性であることから、より安全な高分子の固体电解质への転换が期待されています。

东北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の藪浩准教授（ジュニアPI、东北大学ディスティングイッシュトリサーチャー、同大学多元物質科学研究所兼務）、グレワルマンジットシン助手、および同大学金属材料研究所の木須一彰助教と折茂慎一教授（AIMR所長）の研究グループは、ミクロンサイズの孔がハニカム（蜂の巣）状に空いた厚さ数ミクロンの高分子多孔膜と、光架橋性ポリエチレングリコール（PEG）系高分子電解質を複合化することで、Liイオン伝導度が液体と同等で実用的に十分な10^-4 S/cmクラスで、広い電位窓（4.7 V）、高いLiイオン輸率（0.39）を実现しました（図1）。本高分子固体電解質は電解質として高い性能を示すだけでなく、多孔膜を内包していることから、発火の原因となるLiデンドライト（樹状結晶）形成の抑止などにも効果があると期待されます。

すでに関连特许は出愿済みであり、今后电池や电池部材メーカーなどと共に実用化に向けた取り组みを进めます。

本研究成果は、现地时间の2022年8月13日に米国科学誌「颈厂肠颈别苍肠别」のオンライン速报版に掲载されました。

図1．作製した高分子电解质の特徴

【用语解説】

注1.　畜电池の特性（イオン电导度、イオン输率、电位窓）
イオン伝导度は、固体高分子电解质膜中を流れることのできるイオン全体の伝导度を示し、イオン伝导度の内、リチウムイオンが担う割合のことをリチウムイオン输率という。电位窓は电解液や溶媒などが电気分解などを起こさずに使える电位の范囲であり、电极の种类や温度に依存する。リチウムイオン电池に适した特性はイオン电导度が10^-4 S/cm以上、イオン輸率は高いほど良く、従来の固体高分子電解質では0.10程度、電位窓は4.0 V以上。

注2.　固体电解质
イオン伝导性を持つ固体であり、耐衝撃性や発火の危険性が低く、充放电时间を短くすることができることから、リチウムイオンを伝导する固体电解质を用いたリチウム电池は次世代电池として期待されている一方、イオン伝导度が低いという课题がある。セラミクスや无机材料の结晶からなる无机固体电解质と、有机高分子からなる高分子固体电解质がある。

注3.　デンドライト（树状结晶）
电池の充电时に固体リチウムが树状に结晶成长したもの。デンドライトが成长すると、バッテリー性能の劣化や内部でのショートを引き起こすことがあり、多くの场合発火の原因となる。

详细（プレスリリース本文）