レアメタルフリーのリチウムイオン電池正極材料を開発――既存の鉄系正極材料と比べて容量が倍増東北大と名工大

東北大学は2023年1月17日、同大学多元物質科学研究所および名古屋工業大学からなる共同研究チームが、レアメタルフリーのリチウムイオン電池正極材料を開発したと発表した。既存の鉄系正極材料と比較して容量が倍増している。

資源リスクを有するレアメタルを使用しないリチウムイオン電池正極材料として、安価な鉄を使用したLiFePO₄（リン酸鉄リチウム）が実用化されている。一方で、LiFePO₄はエネルギー密度が低い点が課題となっていた。

Li₅FeO₄（逆蛍石型リチウム鉄酸化物）は、LiFePO₄正極で用いられている鉄のレドックス反応以外に、酸素のレドックス反応も活用できる点が特長だ。しかし、従来は酸素のレドックス反応を十分に活用できていなかった。

同研究チームは今回、複数の粉末や硬質ボールなどを機械的に衝突、混合させることで、衝突エネルギーを利用して合金や新材料を合成する「メカニカルアロイング」という手法を採用した。

同手法によりLi₅FeO₄の結晶構造のひずみを抑制して準安定化させることで、鉄と酸素双方のレドックス反応が活用可能となった。可逆容量は、LiFePO₄正極と比較して約2倍の300mAh/g超となっている。

今回の研究結果は、リチウムイオン電池の低コスト化や高エネルギー密度化に繋がることが期待されるほか、ナトリウムイオン電池などの次世代蓄電池や高機能触媒材料開発にも応用可能となっている。

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