トヨタ、「SPring-8」の豊田ビームラインでLiイオンの偏りを観察する世界初の観察手法

トヨタ自動車、リチウムイオン電池の放電時における電解液中のLiイオンの偏りを観察する世界初の観察手法を開発

　トヨタ自動車は11月24日、リチウムイオン（Liイオン）電池が充放電する際の電解液中のLiイオンの挙動を観察するために、世界初となる観察手法を豊田中央研究所、日本自動車部品総合研究所、北海道大学、東北大学、京都大学、立命館大学と共同で開発したと発表した。

　Liイオン電池は、充放電によって電極や電解液中のLiイオンの偏りが発生することは明らかになっており、その偏りが電池の使用領域を制限して、電池の持つ性能を最大限引き出せる領域が減少する原因の1つとなっている。

　これまでの観察手法では製品の環境や条件と同一の状態で電解液中のLiイオンの挙動が確認できないという課題があったが、今回新たに開発した観察手法により、製品同等の電池（ラミネートセル）を使用し、実際に使用される環境や条件と同一の状態で、充放電の経過とともに電解液中のLiイオンの偏りが生じるプロセスをリアルタイムで観察することが可能となったとしている。

電解液中のリチウムイオンの挙動を観察する世界初の観察手法

　新たな観察手法の主な特徴は、以下の2つ。

・世界最高性能の放射光を生み出す大型放射光施設「SPring-8」の豊田ビームラインにおいて、レントゲン装置の約10億倍の大強度X線を用いて、0.65ミクロン/ピクセルの高解像度かつ100ミリ秒/コマの高速計測を可能とした。

・多くのLiイオン電池で使用されているリンを含む電解液ではなく、今回新たに重元素を含む電解液を使用し、Liイオンが電解液中を移動する際に結合する「リン含有イオン」を「重元素含有イオン」に置換。重元素はリンに比べX線を透過させにくいという性質があり、X線透過後の撮影画像における影の濃淡が強くなる。こうして、重元素の挙動を観察することにより、電解液中で重元素と結合しているLiイオンが偏る動きの観察を可能とした。

車載用Liイオン電池の内部構造と原理

放電中の状態。これまでの観察手法では観察できない箇所があった

　新たに開発した観察手法により、Liイオン電池の性能低下の原因の1つであるLiイオンの偏りをリアルタイムで観察することができ、プラグインハイブリッド車（PHV）や電気自動車（EV）の航続距離や電池寿命といった電池の性能・耐久性向上に不可欠な研究・開発指針が得られるとしている。