河野 通之

こうの みちゆき

エレクセル株式会社 社長

充電して再利用できる電池（二次電池）にはさまざまなは済まされず、既に実用技術として重要度を増している。

種類がある。二次電池の種類としては、鉛電池、ニッケ

このような背景から、蓄電デバイスとしてのリチウムイ

ル ―水素電池、リチウムイオン電池などがわれわれにオン二次電池は、これら出力変動 の大きい発電機器とは身近な電池である。この中でリチウムイオン電池は、の連携（系統連携）や、スマートグリッド実現のための重他の二次電池と比較して、軽量かつコンパクトで、電圧要デバイスとして期待されている。また、HV、PHVまたやエネ ルギ ー密度が高く、長寿命であるという特性がはEVは低排出またはゼロエミッションの移動体としてあるために、これまで携帯電話やパソコンのような小型普及しつつあり、特にHVは既に実用車として街角を疾民生用電源として用いられてきた。しかし現在ではより駆している。

大 型 の 産 業 用 機 器 の 電 源 や 、ハイブリッド車（ H V ）、

一般に自動車を保有している人の使用率（稼働率）はプラグインハイブリッド車（PHV）あるいは電気自動車

平均して５％、最大でも１０％と言われ、日常９０〜９５％は（EV）用の電源として、盛んに開発されている。クリーン車を使用していない状態にある。このことから図１のよエネルギ ーの担い手として、低炭素社会の実現のため

うに、車の不使用時に、車載用の電池をスマートグリッドに大きな役割を担おうとしているリチウムイオン電池にや家庭用の発電デバイスの出力平準化用蓄電システム

つ いて、開発の現状と当社におけるいくつ かの取り組の一貫として組み込むことも提案されている。さらにはみについて述べる。

陸上交通のみならず、海上交通用のハイブリッド船舶や1.リチウムイオン電池の開発の現状さまざまな大型用途に開発が進んでいる。これら大型建機用のハイブリッドシステム、無人搬送システムなど
リチウムイオン電池や それを製造するための素材、用途に対して、リチウムイオン電池の適用が試みられてあるいはリチウム電池の応用に関連する機器類などのいるが、現時点ではまだ量産使用段階までは至っておらず、話題が毎日のようにメディアに提供されている。太陽光量産前期という段階にある。

発電や風力発電に代表される再生可能なエネルギーのこれらリチウムイオン電池の大型化に対して問題とな利用は、従来のような環境意識の高まりといった議論でるのは、コストとさらなる高エネルギー密度化である。

蓄電

系統電力
利用

家電製品

図１ EV搭載バッテリーを含むスマートハウスの概念

10

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EVと蓄電池定置型電池

また高エネルギー密度化に伴う安全性の確保も重要な

は特に電動アシスト自転車や電動バイクなどへ の展開課題である。経産省NEDOプロジェクトでは、電池コスを行っているが、その他の用途にも開発中である。また、トに関して、現行の推定価格２０万円/ｋWhを２０１５年ま同じく第 一 工 業 製 薬（株）グル ープ の 関 係 会 社 で あるでに１/７までに引き下げ、エネルギー密度としては現行エレクセル（株）では、前記の電池の性能向上のため、改良、７０Wh/kgを１.５倍に引き上げるという意欲的な目標設改善や品質管理などを行っている。また同時に新材料、定を行っている１）。ちなみに現行電池コストが２０万円/

新技術に基づく新しい電池システムの設計開発を行いｋWhであると、通常のEV車では２０〜３０ｋWhの電池が次期の事業化に備えている。

必要となるので、仮に２０ｋWhの電池を搭載するとして電池価格だけで４００万円もすることになる。補助金などの政治的措置が講じられない限り、とても現実的とは思

２）新規リチウムイオン電池の開発
リチウムイオン二次電池は種々の材料から構成されえない。ている。そ の主なものは、正極材料、負極材料、セパレ

２. 第一工業製薬（株）におけるリチウムイオン電池の電圧が高く、電解液に水系の溶媒が使用できない。そのータ、電解液などである。リチウムイオン電池は一般に事業と開発活動ために沸点が低く、また引火点も低い可燃性の有機溶媒を電解液溶媒として用いる場合が多い。短絡や過充

１）リチウムイオン電池の事業概要
第一工業製薬（株）グループでは電池事業として、中国電による電池 の異常作動などが原因で、熱暴走などによる電解液の発火など、重大な事故が起る可能性を秘天津に双一力（天津）新能源有限公司を設立し、リチウめている。リチウムイオン二次電池を利用する場合には、ムイオン電池の製造を行っている。現在は写真1に示す

このような事故を防ぐために、保護回路など二重三重のようなマンガン系のリチウムイオン電池とそれらを組み安全措置が取られており、事故はほとんど未然に防げて電池にした電池パックを製造しており、容量は単セルでいる。しかしよりエネルギー量の多い大型電池の場合、５〜１０Aｈが主体である。

絶対的なダメージは非常に大きくなるので、単に高エネルギー密度のみを追求するだけでなく、安全性には十分な配慮が必要となる。
エレクセル（株）ではこのような観点から、従来の有機溶媒系電解液に替わり、難揮発性、難燃性のイオン液体電解質を用いる電池の開発を行っている。また正極材料は酸化力が強く、暴走時に電解液との反応性が非常に高くなることがあり、安 全 性に対 する大きな 要 素 の

写真１ 双一力（天津）新能源有限公司外観と製造している電池一つである。前記イオン液体電解質の開発とともに、安
全な正極材料を用いた電池の開発も行っている。以下

そ の 特 長 は 、長 寿 命 か つ 安 全 性 が 高 いことに あり、にその例を紹介する。

写真に示すとおり、アルミラミネートシートを外装材とするシート構造を採っている。この構造は、充放電時の電池内部抵抗による発熱を放散する特性に優れている。

３）イオン液体電解質を用いる電池の開発
イオン液体はアニオンとカチオンからなるイオン対化

もともと内部抵抗は非常に低い電池であるが、この 独合物である。この典型的な例は、アニオンが塩素イオン、特な構造と相まって、長寿命かつ安全でありながら比較カチオンがナトリウムイオンの「食塩」であるが、融点が的高いエネルギー密度を実現している。これらの電池

約８００℃の立方晶固体であり、もちろん室温でも固体で第一工業製薬 社報 No.552 拓人2010春

11ある。イオン液体はイオン対化合物でありながら多くの解質で問題とされていたリチウムイオンの炭素負極へものが室温において液状を示す。イオン液体は、高いイのインターカレーションに対する不可逆現象が起こらず、オン導電率を示す液体であり、難燃・不燃性の性質を持３０サイクル以上の安定な動作が関西大学 石川らによっつことから、高い安全性が要求されるリチウムイオン電て初めて確認された３）。

池の電解液用途としての利用が早くから期待されていた。

この 結果を受けて、われわれはマンガン系正極と人しかし期待に反して、リチウム電池系に応用した場合、

造 黒 鉛 系 負 極を 用い て、ごく一 般 的 なリチウムイオン

添加剤無しでは大きな電流での放電特性や繰り返しの電 池 構 造を 作 製し、従 来 のリチウムイオン電 池 系によ充放電ができず、実用的電池を形成することは困難でく使用されている有機溶媒電解液とFSI系イオン液体あった。

電解液を使用して比較試験を行った。これらの電池を用いた場合の放電特性を図3に示した。有機溶媒電解液を 用 い た 場 合 、当 然 な がら 良 好 な 放 電 特 性 を 示しO OFSON

たが、FSI系イオン液体を電解液として用いた電池でも、SF

有機電解液系に匹敵する良好な放電容量が得られた４、５）。
これまで開 発されているどのようなイオン液体でもこのように大きな電流特性は全く得られず、FSI系イオンO液体でのみ始めて達成できた画期的な成果であった。

図2 フルオロスルホニルイミドアニオンの構造

充放電サイクルの特性も優れたものが得られており、電池構造の最適化や電極その他の部材の最適化などを行

これに対し、われわれが開発してきた図2に示したよっている。

うな 構造を持つフルオロスルホニルイミド（ FSI ）アニオンを用いたイオン液体を電解質溶媒とし、負極に金属リチウム、正極にコバルト酸リチウムを用いたリチウム４）リン酸鉄リチウム正極材料を用いる電池の開発
これまでリチウムイオン二 次 電 池 の 正 極 材 料には、金属二次電池において、大きな放電電流でも高い容量

LiCoO２、LiNiO２、LiNi１/３Mn１/３Co１/３O２、LiMn２O４を発現できることが産総研 松本らによって認められた２）。などの材料が使用されており、それぞれに安全性 の問時を同じくして、エチルメチルイミダゾリウムカチオンと題や資源的な問題がある。これに対し、最近オリビン型FSIアニオンからなるイオン液体を電解質溶媒として用構造を有するリン酸鉄リチウム（LiFePO４, LFP）と言いた電池において、これまでの一般的なイオン液体電われる非常に安全な正極材料が話題となっている。

４.５

有機溶媒電解液を使用した電池

４

FSI系イオン液体を使用した電池

電圧﹇ ３.５M﹈
３２.５０５０１００

正極重量あたりの容量［mAh/g］
図312

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FSI系イオン液体を使用した電池の特性

１５０

技術
情報
また鉄を中心元素としているために環境負荷が小さいことも特長である。このような観点からLFPは、特に大型用途での正極材料に適している。しかしLFP自体は電子伝導性が非常に低く、またLiイオン拡散性が小さいという問題点があり、粒子のナノ微粒子化や導電性材料で表面を被覆するといった手法で欠点を克服しようとしている。しかし粒子をナノ微粒子化すると、電極塗料を作成した場合の安定性に乏しく、電池製造プロセス上の問題点があった。エレクセル（株）ではこれを克服し、また用途に応じた独自の電池設計により高性能LFP系リチウムイオン二次電池を開発している。

写真4

非接触式給電方式EVシティコミューター可能にした設計となっている。一台あたりの電池を小型

写真2左は容量６Ahの急速充電特性を重視して設計化し、コストを低く抑えるとともに航続距離の短さを頻したLFP系セルであり、写真2右のように、フル充電状繁充電でカバーすることで市街区域内や大規模敷地を態で釘を刺すなどをしても破裂や発火は全く無い。

有する施設内などの交通手段となり、新しい低炭素社会に寄与するものと期待している。

釘刺し穴

３. おわりにリチウムイオン電池を用いた蓄電システムは、産業用や大型用途へ 向けて開発が盛んになっている。開発の目的 の 多くは、低炭素社会 の 実現に大きく寄与する重要な事項である。当社も電池事業を通じてこのような目標に寄与していきたいと考えている。
本稿の一部は独立行政法人 新エネルギー・産業技術
写真2

6Ah容量を持つLFP系電池総合開発機構（ NEDO ）「 次世代型自動車用高性能蓄電システム技術開発（Li-EAD）」の委託を受けて行わこのセルは１２分で充電、１２分で完全放電のサイクルれた成果を含んでおり、関係各位に感謝申し上げます。

試験で、６０００サイクル後でも初期の容量の８０％を保持し急速頻繁充電に強い設計である。
参考文献
１）独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構ホームページ
２）H.Matsumoto, H.Sakaebe, K.Tatsumi, M.Kikuta, E.Ishiko andM.Kono,J. Power Source, Vol.１６０ Issue ２,１３０８-１３１３（２００６）.
３）M.Ishikawa, T.Sugimoto, M.Kikuta, E.Ishiko and M.Kono,
J.Power Source, Vol.１６２ Issue1, ６５８-６６２（２００６）.
４）杉本敏規, 石古恵理子, 東崎哲也, 菊田学, 山縣雅紀, 石川正司, 河野通之，
日本化学会第８９回春季大会要旨集，「 Bis（fluorosulfonyl）imideからなる液体を適用したリチウム二次電池の開発」，
２B６-４６（２００９）.
５）東崎哲也, 石古恵理子, 杉本敏規, 菊田学, 山縣雅紀, 石川正司, 河野通之，

写真3 急速充放電を可能にする1.5kWh電池モジュール

写真3は、このセルを８０枚組み合わせた約１.５kWh

電気化学回第７６回大会要旨集，「 Bis(fluorosulfonyl)imide系イオン液体を用いたLiイオン二次電池の特性」,２P-１７（２００９）.
用語説明のモジュールである。このモジュールは写真4のようなスマートグリッド：【smart grid】電力の需給をITによって効率的に制御する送電網。

小型シティーコミューター用として開発中で、このシティー

シティーコミューター：【city commuter】近距離の移動に用いられる、私的で簡コミューターは、非接触式給電方式の急速頻繁充電を便な交通手段の総称。自転車・オートバイ・軽自動車など。
産総研：産業技術総合研究所（独立行政法人）

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