東京大学は2020年3月3日、同大学大学院工学系研究科の山田淳夫教授と理学系研究科の中村栄一特任教授らのグループが、炭酸エステル類を代替する多機能溶媒の設計および合成に成功したと発表した。リチウムイオン電池用電解液に用いることで、高い難燃性と高エネルギー密度、長寿命化が同時に達成され、電気自動車や電力貯蔵用途への大規模展開が期待される。
リチウムイオン電池に起因する火災事故の主たる原因は可燃性の有機電解液である。繰り返し充放電のためには、負極に保護膜を作る特定の有機溶媒（炭酸エステル類）が必須とされてきたが、燃えやすいことが問題となっていた。
今回開発された溶媒は、炭酸エステル類と同様の五員環構造を有するフッ素化リン酸エステルであり、炭酸エステル類の特徴である保護膜形成能力とリン酸エステルの特徴である難燃性、フッ素化溶媒の特徴である酸化耐性を兼ね備える。
同溶媒を電解液溶媒として用いることで、従来のリン酸エステル系溶媒では不可能であった黒鉛負極の可逆的充放電反応が可能となり、商用電解液と比較して優れた繰り返し充放電特性が得られた。
また、リチウム基準4.9Vの酸化耐性を示し、正極アルミニウム集電体の酸化腐食も抑制できる。さらに、フッ素化リン酸エステルの導入により自己消火に掛かる時間がなくなり、難燃性が付与された。
同溶媒は既存の電池生産ラインでそのまま使用することができ、ほぼ全ての正極・負極材料で直ちに実証試験が可能となる。同研究グループは今後、今回開発した電解液の実用化に向けて課題の抽出および解決を行うとともに、さらなる高機能電池材料の開発を進める。
