東北大ら，全固体リチウム―硫黄電池の開発に成功

東北大学の研究グループは，三菱ガス化学との共同研究により，蓄電性能の高性能化に極めて重要な役割を果たす硫黄正極と，金属リチウム負極を併用した全固体リチウム－硫黄電池の開発に成功した（ニュースリリース）。

これは，錯体水素化物「水素化ホウ素リチウム（LiBH₄）」を固体電解質として使用する研究グループの独自技術によって実現したもので，高エネルギー密度型全固体電池の開発に目処をつけるもの。

電池の蓄電性能は，使用する電極材料の組み合わせで決まる。硫黄正極と金属リチウム負極はそれぞれ，従来の電池に使用される電極と比較して10倍以上の理論容量を有するため，蓄電性能の大幅な向上を達成できる可能性がある。

しかしながら，有機電解液を利用する既存の電池へ硫黄正極を適用した場合，放電に伴って硫黄正極が有機電解液へ溶出してしまうため，放電と充電のサイクルを繰り返すことにより蓄電性能は著しく劣化してしまうという問題があった。この課題に対し，世界中で有機電解液に替わる固体電解質の研究が進められているが，電池への実装が可能な固体電解質はごく一部に限られていた。

研究グループではこれまで，錯体水素化物の電池用固体電解質としての高い機能性に世界に先駆けて着目し，錯体水素化物をベースとした新規固体電解質の開発を鋭意進めてきた。例えば，錯体水素化物LiBH₄は，120℃において2×10^-3 S cm^-1といった高いリチウムイオン伝導率を示す。

今回の研究で，ついにこの錯体水素化物の電池への実装に成功した。開発した全固体リチウム－硫黄電池は，少なくとも45回の繰り返し放充電においても顕著な劣化が起こることなく，硫黄正極重量当たりのエネルギー密度が1410 Wh kg^–1以上と，従来の電池に使用されている正極材料と比較すると2~3倍以上の高い値で安定に動作することを確認した。

研究グループは今回の研究成果について，蓄電池の小型化・軽量化を達成するための高エネルギー密度全固体電池構成の指針を示す重要なものだとしている。