日立リチウム電池のエネルギー密度倍増技術入門

日経製造報告書によると、日立製作所は最近、リチウムイオン二次電池（LIB）のエネルギー密度を2倍以上にできる技術を開発しました。正極の2倍の厚さで、30Ahクラスのバッテリーユニットは335Wh / kgのエネルギー密度を達成しました。この技術により、純粋な電気自動車（EV）を1回充電できる範囲が2倍になると期待されています。

報告書によると、ニッケル材料を使用した正極とシリコン（Si）材料を使用した負極の開発LIB。正極を押すことでリチウムイオン含有量を増やし、高エネルギー密度を実現します。しかし、プレスフィルム処理のみでは、活性物質の分布が不均一になり、リチウムイオンの移動が不十分になる可能性があります。そこで日立は、走査型電子顕微鏡を利用して電極部分を観察し、観察した情報に基づいて電極の三次元構造を可視化し、活性物質、接着剤、ボイドを均一に分散させる膜成形技術を開発しました。また、高電圧処理時の電解液による分解を抑えるため、正極材料の粒子を酸化膜でコーティングして寿命を延ばします。

日立は、負極にシリコン材料を使用するために、シリコン材料の導電性膜を形成する粒子の強力な組み合わせを実現する新しい高強度接着剤を開発しました。このように、LIBの負極材料として、シリコン材料は通常の炭素材料と同じ寿命を達成することが期待されます。シリコン材料はリチウムイオンの吸着量が多いが、体積膨張が大きく、負極から材料が剥がれやすいという問題もある。

以上のことにより、日立のバッテリーユニットのエネルギー密度は、同社の従来製品の2.6倍の335Wh / kgに達し、出力電力密度は1600W / Kgに達した。バッテリーユニット重量150kg、消費電力114 Wh / kmで計算すると、この新しいタイプのバッテリーは、以前の製品と比較してEV範囲を2倍にすることができます。

現在、この種のバッテリーの問題は、充電と放電のサイクル寿命です。電流寿命は最大50サイクルで、これは炭素材料の負極を備えたLIBの寿命と同じです。ただし、EVを搭載するためには、寿命が3,000サイクルに達する必要があります。今後も日立は、寿命を延ばし、安定性と安全性を向上させるための技術開発を推進していきます。目標は、2020年までにテクノロジーを実践することです。

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