リチウムイオン電池
蓄電池の基礎から今後の展望まで
熊谷（秋田大学大学院１はじめに理工学研究科教授）には、必要に応じて電力を貯蔵し、放出する技温室効果ガスの大部分を占める二酸化炭素の術が必要である。既存の電力貯蔵技術として、排出量の削減が世界的に喫緊の課題になってい揚水式水力発電がある。しかし、揚水式水力発る。石油や石炭など化石燃料に由来する二酸化電所を新規に開設することは難しく、貯蔵され炭素の排出を実質ゼロにする脱炭素社会の実現

たエネルギーに対して放出するエネルギーの比に向けて、政策の面からも、技術開発の面から率である総合効率は60～70%である。
そのようも様々な取り組みがなされている。脱炭素社会な状況において、蓄電池の技術革新と低価格化の実現には、化石燃料を代替する再生可能エネにより、これまで難しかった蓄電池による大規ルギーを積極的に導入することと、燃料油を使模な電力貯蔵が可能になっている。蓄電池の中用しない電気自動車の普及など、輸送機の電動でもリチウムイオン電池は、貯蔵されたエネル化が強く求められる。

ギーに対して放出するエネルギーの比率が90%

太陽光発電や風力発電を主力とする再生可能以上と、他の電力貯蔵技術と比較して高い。まエネルギーの供給量は天候の影響を大きく受けた、運転条件にもよるが、10年、20年単位の寿る。現代社会で欠くことのできない電力系統に命も期待できるようになってきた。それゆえ、おいては、使用する電力と供給する電力を一致再生可能エネルギーのさらなる導入には、電力させる必要がある。現状、再生可能エネルギーを貯蔵するためのリチウムイオン電池の役割がの出力変動は、主に火力発電での出力調整によ大きくなっている。

り吸収されている。しかし、電気事業において輸送機の電動化においても、蓄電池は重要な二酸化炭素の排出量を減少させるには、火力発役割を果たす。電気自動車は、蓄電池に貯蔵さ電による電力供給比率を今後さらに低下させるれた電力を動力にして、モーターを駆動させて必要がある。化石燃料を使用しない原子力発電走行する。それゆえ、蓄電池の性能は、電気自による電力供給比率を上げることも選択肢の一動車の航続距離、走行性能、さらには寿命までつである。しかし、原子力発電は基本的には一も左右する。単位質量および単位容積あたりの定で出力するものである。秋田県沖などで設置電力貯蔵量が多い、すなわちエネルギー密度がが進んでいる洋上風力発電は、発電規模がこれ高い蓄電池はリチウムイオン電池である。それまでの風力発電の規模より非常に大きい。洋上ゆえ、リチウムイオン電池は再生可能エネルギー風力発電が今後さらに導入されていくと、電力の利用度を高めるだけでなく、輸送部門での二系統の安定性の確保が難しくなってくる。

酸化炭素排出量を直接的に軽減する。

再生可能エネルギーの供給変動性に対処する

14

誠治

2024.5以上の背景から、本稿では脱炭素社会でのキーデバイスとして期待されるリチウムイオン電池の原理、構成、特徴などについて基礎的な側面から説明していく。

（１）起電力蓄電池が保有するエネルギーを放出しようとする際、接続された負荷に電流が流れようとする。正負極材料の使用電解液におけるイオンに２蓄電池の基礎と構成なりやすい、なりにくいの差が、電流を流そう

リチウムイオン電池は蓄電池の一種であり、とする力（起電力、単位Ｖ）となる。イオンにな

厳密にいうと二次電池の範ちゅうに含まれる。

りやすさの差が大きい材料を正極と負極に選択

二次電池は充電と放電を繰り返し行うことがですれば大きな起電力が得られる。大きな起電力きる電池であり、リチウムイオン電池のほか、が得られれば、同じ電流値（動く電子数）であっ鉛蓄電池、ニッケル水素電池、レドックスフローても、より大きなエネルギーを短時間で放出（放電池などがある。一方で、一次電池は充電が不電）できる。それと同じく、貯蔵（充電）も可可能で放電のみが可能な電池であり、円筒状の能である。起電力は正負極材料の種類だけでは乾電池やコイン・ボタン型のリチウム電池などなく、電解液の耐電圧の影響も受ける。水を溶がある。電池の基本的な構成要素として、正極、媒に用いる水系電解液の耐電圧は１～２Ｖ程度

負極、電解液がある。それら構成要素の役割とであるが、有機溶剤にそれに溶解する電解質を機能を図表１に示す。
実際の電池の多くの場合、添加する有機系電解液の場合、４～５Ｖ程度と正極と負極の間に電解液中のイオン（正の電荷高い耐電圧となる。

を帯びたカチオンと負の電荷を帯びたアニオン）（２）エネルギー密度を通過させるが、正負極の直接の電気的接触を防ぐ膜であるセパレータも使用される。
蓄電池（二次電池）に対象を限ると、蓄電池に要求される性能には次のものがある。
図表１

充電された蓄電池から取り出せるエネルギー（電力量）を電池の質量もしくは体積で割ったものである。
Wh/kgもしくはWh/Lの単位で表される。車載用電池の場合、エネルギー密度への蓄電池の構成要素

2024.515

要求度は高い。最新の車載用リチウムイオン電蓄電池の構成材料に負担がかからない条件で使池の場合、200～300Wh/kgもしくは500～600用する、または、それら使用量をやや過多にすWh/L程度のエネルギー密度となる。

る必要があるため、電池の寿命とエネルギー密（３）入出力密度度は一般に相反する関係にある

負荷に対する入力（電力）もしくは出力（電力）を蓄電池の質量または体積で割ったもので充電エネルギーに対する放電エネルギーの割ある。単位はW/kgもしくはW/Lである。電気自合を示す。
単位は%である。
充電されたエネルギー

動車を急加速させる必要がある場合、搭載したはすべて取り出せるわけではなく、ある程度の蓄電池から大きな電流を出す必要があるため、損失がある。その原因として、充放電時に発生十分な出力密度がないと、要求された走行性能する内部抵抗に起因するジュール熱や電気化学が満たされない。蓄電池から大きな電流を取り反応の不完全性などによるものがある。蓄電池

出す場合、電池の内部抵抗のため、出力には限を使用する際、充放電効率を認識する機会は少界が生じる。一方、蓄電池を充電する際、通常ないが、エネルギーの有効利用の観点からは重は短時間での完了が望まれ、特に、電気自動車要な性能である。リチウムイオン電池は他の種を普及させるためには短時間（約10～30分）で類の蓄電池と比較して充放電効率が非常に高充電を完了できる、すなわち入力密度の高い蓄く、90%を超える。

電池が要求される。蓄電池の内部抵抗を小さく（６）自己放電率し、放電および充電時の電流を大きくすること

充電状態を保持すると内部の電気化学変化でで、入出力密度が高くなる。同時に、充放電時充電エネルギーが減少する。充電状態直後の値に発生するエネルギー損失（ジュール熱）も低に対して、どの程度減少したかを割合で示した減できる。一般に、蓄電池の内部抵抗を小さくものが自己放電率（単位：%）である。一般的にしようとすると、電極を薄くして、その分、電水系電解液を用いると自己放電率は高くなりや極層数を多くする。しかし、充放電に寄与するすく、有機系電解液を用いるリチウムイオン電電極材料以外の部材も多くなるため、エネルギー池の自己放電率は、蓄電池の中でも低く、一月密度は低下する。すなわち、蓄電池の入出力密あたりおおよそ５%である。

度とエネルギー密度は一般に相反する関係にあ16（５）充放電効率

蓄電池が長く使用されると、劣化が進行するる。

ため、上記の性能は徐々に悪化していく傾向に（４）寿命ある。

蓄電池の充放電を繰り返すと、次第に取り出（１）～（６）の他にも価格やリサイクル性せるエネルギーが低下していく。蓄電池の寿命など、蓄電池の求められる性能は多く存在する。

は、その定義や基準、さらには充放電条件で変優れた蓄電池の開発が世界的に行われており、わるため、所定の条件のもとで充放電できる回構成材料や部材の改良、さらには蓄電池内部の数で表される。リチウムイオン電池の寿命も、構造の改良などを行うことで、すべての要求性構成材料や内部構造、さらには使用条件の影響能をバランス良く満たすものや、限られた性能を受けるが、最新の車載用のもので、大まかにに特化したものなど、多くの種類の蓄電池が製1000～3000回である。
寿命を延ばそうとすると、品化されている。

2024.5

３ リチウムイオン電池の構成材料と充放電機構
リチウムイオン電池の主要構成材料には、正極材、負極材、電解液、セパレータがある。そ期暴露および繰り返しの充放電に対する電気化学的な安定性が要求される。
（１）正極材

れら材料を使用して、リチウムイオン電池は繰リチウム含有遷移金属酸化物が正極材としてり返し充放電を行うことができる。図表２にそ一般的に用いられる。正極材は約10μm程度のの充放電機構を示す。

粒状のものが多く、結着剤と炭素系導電助剤と正極材に含有されるリチウムは、電池充電時に負極材に移動し、放電時に正極材に戻ってく

ともに、10～20μm厚の集電極のアルミはく上に塗工されて、正極として使用される。

る。それゆえ、リチウムの繰り返しの放出と吸コバルト酸リチウム（LiCoO2、LCO）は、リチ蔵に安定な材料が使用される。負極材は、充電ウムイオン電池が商品化されて以来中心的に時に正極材から放出されたリチウムイオンを吸使用されている正極材である。コバルトは正蔵し、放電時にリチウムを放出する機能を有す

極材の導電性増加、構造安定化、長寿命化にる。電解液には、３Ｖを超える起電力を実現す寄与する上、材料合成も比較的容易である。

るために、水溶液ではなく有機溶剤を溶媒にしただし、高価であると同時に産出国が限られたものが用いられる。電解液にはカチオンのリることで、今後の供給安定性に不安がある。スチウムイオンを存在させるために、電解液中でマートフォンやノートＰＣなど、高価であって安定に存在するアニオンも必要となる。
セパレー

も高性能が望まれる携帯端末に使用されるこタは微細な孔を有しつつ、可能な限り薄く、とが多い。

電解液の湿潤性も高く、さらに、電解液への長図表２

NCMもしくは三 元 系正 極 材（LiNixCoyMnzO2、リチウムイオン電池の充放電機構

2024.517NMC）
は、コバルト酸リチウムより価格を低下さ表面に炭素がコーティングされる。一方、リンせ、さらに、より多くのリチウムの放出と吸蔵酸鉄リチウムを用いたリチウムイオン電池の起を可能にするために開発された正極材である。

電力は、上述の正極材を用いた電池より、約0.5コバルトの一部をニッケルとマンガンで置換すＶ低くなる。それゆえ、電池としてのエネルギーる。正極材のリチウム放出吸蔵可能量を質量あ密度は低くなる。リン酸鉄リチウムの主用途はたりで表した性能は比容量と呼ばれる（単位は定置式の蓄電装置や電動工具などが主であった

mAh/gで、リチウムイオン一つあたりの電荷はが、電池内部の構造の工夫や材料の改質と、そ決まっているので、リチウムイオンの移動にとの低価格と長寿命の利点により、最近は車載用もなう電流の時間総和、すなわち電気量mAhが途でも多く使用される。

リチウムイオンの数を表す）。ニッケルは正極リチウムイオン電池は充電電圧と放電電圧を材の比容量を高めることができるが、リチウムある範囲に定めて使用する。特に正極材にとっの放出と吸蔵を不安定にさせる。
一方、
マンガンて、過充電は必要以上に正極材からリチウムをは寿命と安定性を改善するが、比容量を低下引き抜く。必要以上にリチウムを引き抜くと、させる。これまではニッケル、コバルト、マン

発熱する正極材が多く、発熱による電池の膨張

ガ ン が 等 量 配 合 さ れ たLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2や発火などの事故にいたる場合がある。それゆ（NCM111）が使用されてきたが、より比容量を高え、過充電が発生しないように上限電圧を定めめるためにニッケルの割合を増加させたた制御回路が必要になる。

やLiNi0.8Co0.1Mn0.1O22
LiNi0.5Co0.2Mn0.3O（NCM523）（２）負極材（NCM811）が用いられるようになってきた。
コバ

負極材も数～10μmの粒径を有する粉末であ

ルト酸リチウムの比容量が約150mAh/gである

り、結着材と炭素系導電助剤とともに集電極でのに対して、NCM523の比容量が約170mAh/g、ある銅はく上に塗工されて、負極として使用さNCM811の比容量が約190mAh/gである。
三元系

れる。初回充電時に正極材から放出されたリチ正極材は主に車載用途で使用される。

ウムイオンが、負極材に挿入される際、負極材

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NCA系正極材は、三元系正極材中のマンガン表面に電解液の分解残さで構成される皮膜が形をアルミに置き換えたものである。アルミ自体成される。その皮膜は固体電解質界面（SEI）皮はリチウムの放出吸蔵に寄与せず、正極材の構膜と呼ばれ、その形成で一部のリチウムイオン造安定化に寄与する。そのため、アルミ添加量が損失するが、次回以降の充放電でのさらなるが多くないLiNi0.8Co0.15Al0.05O2が代表的な組成リチウムイオンの損失を防ぐ。その皮膜の性状であり、その比容量はおよそ180mAh/gである。

が悪い場合、充放電が安定化しない。また、リNCA系も車載用途が主である。

チウムイオンの損失は、SEI膜の形成の他にも、LFP）は、レアメリン酸鉄リチウム（LiFePO4、負極材内部でのリチウムの不活化により生じる。

タルのコバルト、ニッケル、マンガンを使用し代表的な負極材として黒鉛があげられる。黒ない正極材で、比容量は160mAh/g程度である。

鉛は、正六角形の炭素構造が繰り返される平面上述の正極材と比較して、安価で、構造安定性層が積層された結晶性の高い物質で、そのリチが高く、さらに寿命が長いといった特徴がある。

ウムイオン吸蔵放出に関する比容量は、実用で材料自体の導電性が高くないため、通常、粒子340～360mAh/g程度である。
黒鉛は比較的安価

2024.5

である上、リチウムイオン電池を吸蔵した際のリチウムとの合金化により、リチウムを吸蔵放電位がかなり低く、電池としての起電力を高く出する。
その比容量は室温において約3600mAh/g保ちやすい。黒鉛の場合、炭素の正六角形平面と、黒鉛の約10倍と非常に高い。それゆえ、黒層間にリチウムイオンが挿入され、脱離するた鉛に取り替わる高性能負極材として期待されてめ、材料内部でのリチウムの不活化が非常に少いる。しかしながら、その比容量が高いがゆえない。それゆえ、初回充放電でのリチウムイオンに、リチウムイオン吸蔵時にシリコン粒子自体の損失が、SEI被膜形成にほぼ起因する10～が大きく膨張し、また、放出時に収縮する。大15%程度と低い。リチウムイオンの損失は、起きな膨張収縮が繰り返されると、シリコン粒子電力やエネルギー密度など電池としての性能をが破砕し、負極から脱落し、負極材としての機低下させる。それゆえ、黒鉛がリチウムイオン能が失われる。粒子の破砕に至らなくても、亀電池の負極材として長い期間使用されている。

裂が生じると、電解液に接触した面で新たにSEIしかし、繰り返しのリチウムイオンの挿入脱離被膜を形成する。その結果、リチウムイオンのにより、その表面にリチウム金属を析出させや損失が継続的に生じる。負極材にシリコンを用すく、正負極間での短絡が生じうること、低温いた場合、電池の初期性能は高いが、充放電をでの比容量低下が大きいことが欠点としてあげ繰り返すことによる性能低下が著しい。そのたられる。また、繰り返し充放電に対する安定性

め、シリコン単体を負極材に使用するリチウム向上（寿命）に対するニーズも高い。

イオン電池はほとんどない。現在は、比容量を黒鉛の他の炭素系負極材としてハードカーボンあえて低下させた一酸化シリコン（SiO）の使用がある。ハードカーボンは黒鉛と異なり結晶や、黒鉛にシリコンを少量添加して使用するな構造が発達しておらず、正六角形の炭素構造がど、シリコンの欠点を最小化して、車載用などランダムに配置されている。ハードカーボンののリチウムイオン電池にシリコンが適用されて比容量はその炭化温度で大きく変化し、200～いる。

600mAh/g程度と幅が広い。ハードカーボンのリチウムイオン電池は、通常セル電圧が2.5利点として、高速充放電が可能である点、さら～3.0Ｖより低下しないように運転される。過に、結晶性が元来低いため、構造安定性が高く、放電の場合、負極から必要以上に電子を負荷に寿命が長いという点があげられる。しかし、結供給することになるため、負極材中のリチウム晶性が低いがゆえ、物質中の空隙が多く存在し、が放出されつくすと、集電極である銅から電子その空隙でのトラップによるリチウムイオンのを供給しようとする。その結果、銅が溶出し、損失が多いという欠点がある（初回充放電での正負極間に析出することになり、正負極間でのリチウムイオンの損失が30～50%程度と高い）。

短絡が生じることがある。それゆえ、リチウムソニーによりリチウムイオン電池が製品化されイオン電池は過放電も生じないように制御された際には、ハードカーボンが負極材に使用される。

たが、最近のリチウムイオン電池には、特殊な（３）電解液用途を除いて、使用されることが少ない。

電解質であるリチウム塩を溶解した有機系の炭素系以外の材料としてシリコン（Si）が注混合溶媒が使用されている。電解質として、六目されている。シリコンが炭素系材料と異なり、フッ化リン酸リチウム（LiPF6）が主流である。

2024.519溶媒には幾つか種類があるが、炭酸エチレンはリチウムイオンの移動を抑制し、発火を防ぐほとんどの電解液で用いられる。炭酸エチレンシャットダウン機能のあるセパレータもある。の分子構造は立体的な非対称性が強く、極性が高いため、電解質をイオンとして存在しやすくリチウムイオン電池の製造方法する（溶解性を高める）。炭酸エチレン自体はリチウムイオン電池の構成材料の製造および室温で固体であり、それを溶解するための炭酸リチウムイオン電池のセルの製造には、多くのジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルとノウハウと経験が必要である。図表３に正極材いった有機溶剤とともに用いられる。それら有とリチウムイオン電池セルの製造方法を示す。

機溶剤の混合比は、リチウムイオン電池の使用現在主流の正極材であるコバルト酸リチウムお条件や要求特性によって変化する。また、溶媒よび三元系正極材は、コバルト、ニッケル、マンに対するフッ化リン酸リチウムの添加量はおおガンを含む酸化物や水酸化物に対して炭酸リむね１mol/L程度である。電解質と溶媒の他にチウムを添加し、800～900℃で焼成する方法が添加剤も使用される。SEI被膜の安定性向上や一般的である。セルの製造は、正極、セパレー

高温での劣化抑制のために効果的である。

タ、負極、セパレータの順に積み重ね、もしく（４）セパレータ

は、巻き込んで、セルの容器（ラミネートもしリチウムイオン電池のセパレータには、１μm

くはアルミ合金などの金属製）に入れた後に電より小さな孔を有する、数十μmの厚さのポリ解液を注入する。正極および負極には接続端子エチレンやポリプロピレンフィルムが用いられ（タブ）をあらかじめ取り付けておき、それをる。正負極間で短絡が生じた時、その熱での融まとめて、セルのプラスおよびマイナス端子と解により、孔がふさがれることで、電解液中のする。なお、セル製造は湿気が制限されたドラ

図表３20４

リチウムイオン電池の正極材とセルの製造方法

2024.5イルームやグローブボックス内で行われる。セめる必要がある。

ルのパッケージングの際は、脱気処理を施すことで、不要ガスの排出と正負極への電解液浸透５

リチウムイオン電池の今後が図られる。セル組み立て後、充電もしくは充スマートフォンなどの携帯端末、家電、電気放電を何度か繰り返すと、電極からガスが放出

自動車やハイブリッド自動車、家庭用および電され、セルの内圧が上昇するか、セルが膨張す

力系統用蓄電システムなど、多くの用途でリチる。発生したガスを排出して、再度、セルを封ウムイオン電池が使用されている。従来、蓄電止する。その後、安定した特性が得られるまで、池の種類によって、適用分野の住み分けができ充放電を繰り返して行い、一つのセルの製造がていたが、近年、リチウムイオン電池が多くの分完了する。

野で主流になってきている。リチウムイオン電実用では、容量や電圧が要求する値となるよ池の適用分野の拡大は世界的流れである。
2030

うに、複数個のセルを並列および直列に接続し年度のリチウムイオン電池の世界市場は約17兆て、それをパッケージングしたモジュール（組円と予測され、2020年度から４倍以上の成長が電池）として用いられる場合が多い。単一もし見込まれている [1]。ここでは、リチウムイオン

くは複数のモジュールに対して、過充電や過放電池の技術開発に関する今後の方向性を示す。

電を防止するための保護回路、充放電時のモ（１）全固体電池

ジュールの温度、電圧、電流をモニタリング・

リチウムイオン電池の発火事故の主要因は、制御するBMS（バッテリーマネジメントシステ

可燃性のある有機系電解液である。また、セパム）、さらに冷却および加熱機能などを組み入

レータは電解液を保持しつつ、正負極間の電気れたものを一つにケースにまとめたものをパッ的接触を防ぐ機能を有するが、内部構造の緻密クと言う。車載用や電力系統用など大型蓄電池化の観点からは取り除きたい部材である。リチの場合、多くはパックの状態で出荷される。

ウムイオンの移動媒体である電解液を、可燃性リチウムイオン電池の発火事故が時折報道さのない固体に置き換えれば、発火のリスクや電れる。外的衝撃や制御回路故障などによる正負解液の漏れがなく、かつ、正負極の間に固体が極間や接続端子間で短絡が生じることや、夏場存在することから、セパレータを取り除くことの車内放置などの高温暴露や構成材料劣化によができる。

る電解液分解によって電池内部にガスが発生し、固体であるがその内部でイオン移動が可能で電池が膨張、破裂することなど、また、上記のあるものを固体電解質、固体電解質を用いた電要因が複合的に作用することが原因である。使池を全固体電池と言う。電解液を不燃性の固体

用者側の問題である場合もあれば、原料品質や電解質に置き換えることで、発火リスクを低減

製造工程の不具合など製造者側の問題である場

し、内部構造を緻密化してエネルギー密度を高合もある。いずれにせよ、リチウムイオン電池めるなど、電池としての性能を向上させることの蓄電池としての優れた性能は、有機系電解液ができる。特に車載用途の場合、発火リスクをと高いエネルギー密度に起因したものである。

大きく低減して、エネルギー密度を向上させる

得られる利便性と事故のリスクは表裏一体であ必要があるため、全固体電池が望まれる。現在、り、事故のリスクを減らす製造技術の開発を進

固体電解質として主に硫化物系と酸化物系があ2024.521

る。硫化物系固体電解質で良く知られているのその技術開発が進むと予測される。

（LGPS）である。
硫化物系固体電が、Li10GeP2S12（２）リサイクル

解質においては、リチウムイオンの移動度が高リチウムイオン電池の世界的な製造拡大が予く、リチウムイオン電池の電解液の導電率であ測されている状況では、その構成材料をいかにる10-2S/cmオーダーに近い値が得られている。

確保するかが課題になる。特に、今後確保が難電解質の粒子と粒子の間の電気的な接触も、室しいと言われているものが、正極材に使用され温での加圧で十分に保つことができる。現在、るリチウム、コバルト、ニッケルである。そのトヨタ自動車が開発を進めている車載用全固体ような状況において、使用済みのリチウムイオン電池の電解質は硫化物系である [2]。ただ、硫電池から電極材料をリサイクルする取り組み

化物系固体電解質は、空気中の水分との反応にが世界的に進んでいる。特に、電気自動車の導より、有毒な硫化水素を発生させるため、それ入が進んでいる北米、欧州、中国では、自動車らおよび全固体電池の製造はドライルームなどメーカー、電池メーカー、材料・資源メーカー管理された環境で行う必要がある。また、電池が一体となって、リチウムイオン電池の大規模のパッケージングもかなり堅牢なものとなる。

なリサイクル工場を設置している。

硫化物系で全固体電池が実現できれば、車載使用済みリチウムイオン電池からの電極材料用リチウムイオン電池の開発が終わるわけではを回収する方法として、ダイレクトリサイクルない。正負極材の性能が飛躍的に向上しない限法、乾式製錬法、湿式製錬法などがある。

りは、電池そのものの性能も大きくは向上しな

ダイレクトリサイクル法は、電池を十分に放い。それゆえ、固体電解質の性能向上の他に、電して失活させてから、解体し、正極、負極、正負極材の性能向上も引き続き重要になる。

電解液を取り出し、材料をリサイクルする方法

一方、酸化物系固体電解質として代表的なもである。物質回収率が高い上、エネルギー消費のの一つが、ガーネット型と言われるLi7La3Zr2O12が少なく、薬品の使用量が少ないという利点が（LLZO）である。酸化物系の導電率は、硫化物ある。しかし、電池の解体工程での感電や発火系と比較して、一桁から二桁低い。酸化物系のなどのリスクがあること、電池の種類によって粒子は、硫化物系のものと比較して硬く、粒子分解方法が違ってくることから手作業が多くな同士の接触を確保しにくい。高温熱処理で粒子り、処理効率が低いといった点や、状態の良い同士を接合する必要があり、それによりセル組電池が必要といった点が短所である。

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み立て工程が複雑化する。一方、空気中でも安乾式製錬法と湿式製錬法は、使用済みリチウ定であるという利点がある。ＴＤＫが製品化しムイオン電池を十分に失活させてから、粉砕、た小型の全固体電池（商品名：セラチャージ）で熱処理、粗選別して得られるブラックマスを出は、酸化物系固体電解質が使用されている [3]。

発原料とすることが多い。乾式製錬はブラック

酸化物系にとって、その導電率を増加させるとマスに対して還元剤とスラグ形成剤を添加してともに、粒子同士の十分な接触をより簡易な方溶融するまで加熱し、スラグと溶融合金に分離法で実現することが、技術課題となる。製造性する。スラグにはリチウムが含まれ、溶融合金および実用性の高い電池を実現する上では、酸にはコバルトとニッケルが含まれる。それらを化物系が有利であり、今後、10年のスパンでの再度精製して、正極材として再利用する。乾式

2024.5

製錬は、簡単な前処理で、電池の種類の影響が低く、その回収率の向上が今後の技術課題とな小さいこと、湿式製錬より薬品の量が少ないこる。とが利点である。一方、熱処理のため高エネルギープロセスとなる上、設備が大規模で、費用も高い。熱処理にともなって発生する有害物質の処理が必要といった短所もある。

６

まとめ
本稿において、脱炭素社会で必須のデバイスとなるリチウムイオン電池の特性、構成材料や湿式製錬はブラックマスを酸で溶解してから、動作機構などについて説明した。構成材料や内その溶解液中で不純物除去や正極材成分の選択部構造の改善や全固体電池の実現、持続的生産分離を行う方法である。酸溶解後に溶媒抽出法を目指したリサイクル技術の開発など、今後となどで、コバルト、ニッケル、マンガンを分離もリチウムイオン電池は、蓄電池として中心的して回収することが可能である。また、酸溶液な製品となると予測される。電気自動車、家庭中でコバルト、ニッケル、マンガンに残留させ用から産業用の蓄電池など、より大型化したリて、そのまま、水酸化物沈殿させ、正極材に直チウムイオン電池が社会に受け入れられていく。

接転換可能な状態にすることもできる。乾式製

蓄電装置導入や利用の際、本稿で述べたリチウ錬と比較して、湿式製錬は低温で実行でき、低ムイオン電池に関する基礎知識と技術展望が、エネルギープロセスとなる。また、設備も小規有益であることを願う次第である。

模で良いといった利点がある。しかし、大量の水と薬品（酸、アルカリ、溶媒、抽出剤など）参考文献も必要であることから、廃水や薬品処理が必要[1] 2022年度版リチウムイオン電池市場の実態であり、その分コストもかかる。複数種の前処と将来展望 日本エコノミックセンター 2022

理のため、作業者の技術に依存するといった短[2] トヨタ自動車株式会社HP所もある。

https://global.toyota/jp/newsroom/corporate

使用済みリチウムイオン電池のリサイクルは、/39898897.html

上述の三手法を単独で行うわけでなく、乾式製[3] TDK株式会社HP錬のあとで湿式製錬を実施する場合や、ブラッ

https://www.tdk.com/ja/tech-クマスを経由せず、電池をそのまま溶融させた

mag/front_line/002

乾式製錬を行うなど、多くのバリエーションがある。
以上が正極材のリサイクルについてであるが、近年、負極材として使用される黒鉛のリサイクルについても関心が寄せられている。中国は世界最大の黒鉛の生産および輸出国であるが、最近、黒鉛の輸出規制をはじめている。それゆえ、これまでの比較的安価であり、供給に不安が少なかった黒鉛の改修ニーズが高まっている。ダイレクトリサイクル法以外では黒鉛の回収率が2024.5

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