低コスト・高容量・長寿命なバッテリー正極材料、北大などが開発

北海道大学、東北大学、名古屋工業大学の共同研究チームは、レアメタルフリーな鉄を主成分とした、低コスト・高容量・寿命の共立が可能なリチウムイオン電池の正極材料を開発した。鉄と酸素両方の反応を活用して高容量化し、材料にシリコンやリンなどを導入することで高エネルギー密度と高サイクル寿命の両立に成功した。

北海道大学、東北大学、名古屋工業大学の共同研究チームは、レアメタルフリーな鉄を主成分とした、低コスト・高容量・寿命の共立が可能なリチウムイオン電池の正極材料を開発した。鉄と酸素両方の反応を活用して高容量化し、材料にシリコンやリンなどを導入することで高エネルギー密度と高サイクル寿命の両立に成功した。 研究チームは、レアメタルフリーな鉄を主成分としたリチウム鉄酸化物（Li₅FeO₄）の材料開発を進めている。この材料は鉄と酸素の二つの酸化還元（レドックス）反応を利用することで、レアメタルフリー正極として商品化されているリン酸鉄リチウム（LiFePO₄）の2倍以上の容量を示すが、サイクル寿命が悪いという課題があり、充電時に起こる酸素脱離反応を抑制する必要があった。 同チームは今回、Li₅FeO₄にシリコンやリンなどのpブロック元素（ヘリウムを除く、第13～18族に属する元素）を導入した正極材料で酸素脱離反応が抑制されることを発見。これら材料のサイクル特性を評価した結果、酸素のレドックス反応の容量維持率が50%から最大で90%向上することを見出した。 リチウムイオン電池は正極材料に使用されているコバルトやニッケルなどのレアメタルは、資源枯渇や価格高騰が深刻な課題となっており、新しいレアメタルフリー正極材料の開発が各国で進められている。今回の研究論文は、米国化学会マテリアルズ・レター（ACS Materials Letters）誌に2024年4月22日付けで掲載された。

（中條）

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