韓国KIST「全固体電池の性能・信頼性向上の手がかりを発見したぞー！」　韓国人「なんか…多くの新技術開発しても量産されるものがほとんどないんだが…；；」

火災の危険性の低い次世代電池の性能・信頼性の向上の手がかり訪れた

「固体電解質・電極界面の抵抗分析…電極の露出結晶面の特性が性能左右」
KIST・成均館大の研究チームの研究結果

韓国の研究グループが、火災や爆発の危険性が少なく、次世代電池として研究されている全固体電池（All Solid State Battery）で固体電解質と電極間の境界面の抵抗・劣化の問題を改善することができる糸口を見つけた。

韓国科学技術研究院（KIST）は29日、エネルギー材料研究団パク・サンベク博士チームが成均館大学シン・ヒョンジョン教授チームと一緒に電解質と陽極の両方の固体である全固体リチウムイオン電池の電解質と正極の間の界面抵抗の増加の問題を防ぎ、安定性を向上させることができる電極材料の設計戦略を開発したと発表した。

現在、商用化されて使われているリチウムイオン電池は充電容量を増やすのに限界があり、液体電解質によって外部衝撃の際、火災や爆発の危険がある。このような問題を同時に解決する案として、両極と電解質が共に不燃性固体である全固体電池を開発しようと研究中だ。

全固体リチウムイオン電池は、エネルギー密度が従来のリチウムイオン電池の2倍に達し、商用化されれば、電気自動車やエネルギー貯蔵装置（ESS）に大きな変化をもたらすものと期待される。

しかし固体電解質の低いイオン伝導度と電解質-陽極界面抵抗・劣化が電池の性能と寿命を落とし商用化に困難がある。これを解決するために、陽極や電解質表面に他の素材をコーティングしたり、中間層を挿入する方法などが研究されているが、これもまた、追加コストの上昇や電池全体の活性やエネルギー密度の低下などの問題がある。

研究チームは、全固体バッテリーの電極-電解質で、陽極素材の界面の結晶特性がバッテリー性能と安定性に及ぼす影響を精密分析し、特定構造の陽極素材（LNMO）の結晶表面（露出結晶面）が界面抵抗を減らし、安定性が高めるという事実を明らかにした。

彼らは、基板の結晶が形成されている方向に沿って薄膜を成長させる半導体製造技術（エピタキシャル薄膜技術）を利用して、粒子の露出結晶面構造が異なる様々な陽極薄膜を確保し、結果に影響を及ぼす粒子の大きさ、接触面積など他の要素を排除した後、露出結晶面が固体電解質-陽極界面に及ぼす影響を分析した。

その結果、原子内の結晶表面がぎっしりと構成された結晶構造を持つLMNO（1、1、1）の場合、陽極素材内にあるべき遷移金属が電解質に漏れる現象が抑制され、電池の安定性が高まり、結晶の境界面が電子の移動方向と平行に配列された場合、結晶に沿って移動するイオンと電子が妨害されず、抵抗が減り出力は高くなることが確認された。

パク・サンベク博士は「この研究結果は結晶表面の密集度を高めて結晶の境界面方向を調節すれば、両極素材自体の改善で高い性能と安定性を確保できることを意味する」とし「この研究を土台に固体電解質と両極界面の不安定性を克服し、高いイオン-電荷交換特性を持った全固体電池素材開発にさらに拍車をかける計画」と述べた。

この研究結果はエネルギーナノ分野の国際学術誌「ナノエネルギー(Nano energy)」最新号に掲載された。