リチウムイオン電池とセラミックス材料は切っても切れない関係にあります。現在主に使用されている正極材料はコバルト酸リチウム(LiCoO2)という材料がベースになっており、リチウムとコバルト(ほかニッケルやマンガン、アルミニウムなどの遷移金属も含有)の金属酸化物です。電池材料に求められる特性は多々ありますが、その中でも容量、電圧、重量、耐久性、加工性、安全性などが重要となります。それらの指針より、当研究室では以下の点に着目して研究を行っています。

「超高速充放電能力」：我々の生活は多くの電子デバイスによって構成されているため、二次電池は欠かせない心臓部分です。“充電(残量)がない！”なんて経験をされた方が多いのではないでしょうか。我々は材料から見つめなおし、充電時間を根本的に加速する研究を行っております。最近の研究では36秒で50%、72秒で70%充電できる材料開発に成功しました。また放電速度も非常に重要で、大きなエネルギーを瞬時に必要とするデバイスをサポートするには強靱な“心臓”が必要になります。言い換えると瞬間放電能力が必要となります。このような観点よりリチウム二次電池の超高速充放電性能は様々な生活様式を豊かにしてくれる可能性を秘めています。材料や界面に着目することで、電池性能の劣化機構の学理を追求することで特性の向上のキーポイントを探求しています。

「安全性・環境適応性」：ボーイング787の燃焼事故等で話題になりましたが、液系リチウムイオン電池の安全性はまだまだ問題があります。リチウムイオン電池は大きく分けて正極/電解質/負極の3層にて構成されますが、電解質には液系ポリマーが使用されております。正極はセラミックス、負極はカーボンや金属なので、燃焼する可能性があるのはこの液系ポリマー電解質です。この部分を固体化することで燃焼物を取り除き、安全に使用できる全固体リチウムイオン二次電池が活発に開発されております。現在最も有力とされている新材料は硫化物セラミックスであり、LPSやLGPSと呼ばれる材料群です。この材料群は液系電解質に匹敵するイオン伝導を示すことから、代替材料として着目を浴びています。この材料群にも一つだけ大きな欠点があり、それは水分(大気)に弱いということです。硫化物は水と反応して人体に有害な硫化水素を発生します。完全な安全性を求めるには大気で安定な材料を適用する必要があります。我々のグループでは今までにない全く新しい固体酸化物系電解質の開発をしております。安定な材料で構成されているので大気で扱うことが可能で、グローブボックスやドライルームは必要ありません。有機溶媒も使わず水でハンドリングできるので、環境にも人体にも優しく、また投資コストやランニングコストも低くエネルギー消費を押さえられるために、カーボンニュートラルの観点でも優れています。継続的な開発を進め、いつの日かこの材料が電池として使われる日を夢見て新しい電池の特性向上に切磋琢磨しています。