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2022年6月1日
東レ株式会社
空気電池用イオン伝導ポリマー膜の創出
-リチウム空気電池(LiB比10倍のエネルギー密度)の安全性向上・長寿命化に貢献-

 東レ株式会社(本社:東京都中央区、代表取締役社長:日覺昭廣、以下「東レ」)は、この度、空気電池1)用イオン伝導ポリマー膜の創出に成功しました。本ポリマー膜をリチウム空気電池のセパレータに適用することで、安全性の向上と電池の長寿命化が図れ、電気自動車(EV)や産業用ドローン、UAM2)などの航続距離拡大に貢献します。

 二次電池の需要は、携帯型電子機器や定置用蓄電池などの民生用途に加え、EVなどの車載用途で急速に拡大しています。一方、EVや産業用ドローンのさらなる航続距離拡大や将来のUAMの実用化に向けて、二次電池にはますますの軽量化・高エネルギー密度化が求められています。
 二次電池の中でも特に、正極に空気極、負極に金属リチウムを使用するリチウム空気電池は、従来のリチウムイオン電池と比較して軽量かつ理論重量エネルギー密度が10倍以上と最も高いことから注目されています。しかしながら、このリチウム空気電池に一般的なセパレータである微多孔フィルムを使用すると、充放電の繰り返し時に正極と負極に使用されている異なる2種類の電解液が混合し、電池が劣化
やすくなる課題がありました。また、充電時にリチウムデンドライト3)が析出成長してセパレータを突き破り、正極と負極がショートすることにより安全性が低下する課題もありました。

 これらの課題に対して東レは、長年培ってきた高耐熱アラミド
4)ポリマーの分子設計技術を駆使し、リチウムイオンがホッピング5)で移動可能な新規ポリマーを設計し、これにLi塩を複合化することで、無孔でありながら電池作動を可能とする3×10-5S/cmと高いイオン伝導性を実現した無孔イオン伝導ポリマー膜を創出しました。本開発品は、無孔であることにより、2種の電解液分離性とリチウムデンドライト抑制が原理的に達成可能です。
 本イオン伝導ポリマー膜を適用したリチウム金属電池は、充放電サイクルにおいて、微多孔フィルム対比10倍以上の安定した電池作動時間を確認しています。今後、リチウム空気電池の開発をはじめとする次世代二次電池分野への展開を目指し、早期の技術確立に向けて研究開発を加速してまいります。

 なお、本技術の一部は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成事業(JPNP2100
5)によって得られた成果です。

 東レは、「有機合成化学」、「高分子化学」、「バイオテクノロジー」そして「ナノテクノロジー」という東レのコア技術を駆使して、社会を本質的に変える力のある革新的な素材の研究・技術開発を推進し、企業理念である「わたしたちは新しい価値の創造を通じて社会に貢献します」の具現化に取り組んでまいります。
 

イオン伝導ポリマー膜

【用語説明】
1)空気電池:
空気電池とは、正極の活物質(電子の受け渡しをする物質)に酸素、負極の活物質に金属を用いる電池のことです。 
2)UAM:
アーバン・エア・モビリティの略称であり、空を使って人や物を輸送する新しい都市交通システムの総称です。
3)リチウムデンドライト:
電池の充電によって結晶成長するリチウムの樹枝状結晶です。リチウムデンドライトが成長すると、バッテリー性能の劣化や内部でのショートを引き起こすことがあります。
4) アラミド:
アラミド(芳香族ポリアミド)は優れた耐熱性と剛性を有する高機能ポリマーで、フィルム分野においては東レが世界で唯一、ミクトロン
®ブランドで製品化しています。量産フィルムで最高の剛性を活かしてデータ保存テープとして広く使用されている他、ポリイミドに次ぐ耐熱性を有することから薄膜の回路材料にも採用されています。
5) ホッピング:
リチウムイオンが、膜中に形成された隣接するサイト間をジャンプして移動するイオン伝導のことです。


フィルムサイト

https://www.films.toray/
 

以 上