東芝は2023年11月28日、コバルトフリーな5V級高電位正極材料を用いたリチウムイオン二次電池を発表した。レアメタルであるコバルトを含まず、副反応として生じるガスを大幅に抑制できる。
正極を安定させる特性を有するレアメタルのコバルトは、正極材料として広く用いられているが、生産国の偏りによるサプライチェーンやコストの安定性などに課題がある。また、リチウムイオン電池のエネルギー密度を高める特性を有するニッケルも、正極材料に多く使われているが、精錬過程での特定国への偏在等がある。
リチウムイオン電池の正極には、コバルトフリーかつニッケル含有量が少なく、スピネル型の高電位正極である「ニッケルマンガン酸化物（LNMO）」が着目されているが、電池が著しく膨れたり寿命が短くなったりする課題があった。
5V級高電位正極は、電解液の分解でガスが発生することが実用上の課題だったが、電極の構成部材を改良。正極の粒子表面を改質し、電解液との反応を抑制する技術と、負極表面で溶出イオンを無害化する技術を開発した。この技術により、一般的に広く使用されている電解液を使ってもガスを抑制できる。
また、ニオブチタン酸化物（NTO： Niobium Titanium Oxide）負極を採用した1.5Ah級のラミネート型電池を試作し、電池性能評価を実施した。その結果、3V以上の高電圧、5分間で80％の急速充電性能、充放電を6000回以上繰り返しても、初期に対して80％以上の容量を維持する耐久性、60℃の高温下でも優れた寿命特性を実証した。
5V級高電位正極は、リチウムイオン二次電池に採用すると、電池の高電圧化とパワー性能の向上が期待できる。開発したリチウムイオン電池は、電動工具や産業機器など小型で高電圧が必要な産業用途への展開を検討している。開発した技術を用いた電池の大型化も目指し、将来的には車載用途へ展開する。今後、2028年に実用化を目指し、研究開発を進めていく。
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コバルトフリーな5V級高電位正極を用いた新たなリチウムイオン電池を開発 －高電圧化とパワー性能の向上を実現、カーボンニュートラル・サーキュラーエコノミーの実現に貢献－ | 研究開発センター | 東芝
