リチウムイオン電池の性能を左右する「活物質」とは？【負極編】：今こそ知りたい電池のあれこれ（5）（3/3 ページ）

　炭素系材料やLTOといった一般的な負極活物質と比べ、より高容量な材料として注目されているのが「シリコン」に代表されるLi合金系材料です。黒鉛の理論的な比容量が約370mAh/gであるのに対し、シリコンはその10倍以上の約4200mAh/gと極めて高い値を示します。現在市販されているリチウムイオン電池の中には容量向上のために負極へ少量のシリコンが添加されているものもあり、Si元素が天然に豊富に存在する資源であることからも、今後徐々に黒鉛系材料から置き換わっていくことが予想されます。

　しかし、シリコンの実用化にあたっては、まだいくつかの課題があります。

　シリコンは容量向上に劇的な寄与をもたらす一方、充放電時のリチウム合金化に伴い、非常に大きな体積変化や粒子形状の崩壊を引き起こします。また、この体積変化によってSEI被膜が形成されていない新たな活物質表面が露出するため、充放電を繰り返すごとにSEI層の形成が繰り返され、容量低下をもたらします。その結果、他の負極活物質と比較すると、電池としてのサイクル寿命が短くなる傾向にあります。

　こういった大きな体積変化に関する課題の解決のために、活物質粒子のナノサイズ化や炭素との複合材料化、体積変化に追従できる添加物の使用など種々の手法が検討されています。

　例えば、2020年9月に開かれたTesla（テスラ）の電池開発進捗報告イベント「Battery day」では、電極材料のつなぎや結着を担う「バインダー」という材料を改良することで、シリコン粒子の体積変化に対応する案が示されています。

テスラが検討しているシリコン粒子の体積変化への対応策（クリックして拡大） 出典：テスラ

　今回はリチウムイオン電池の「負極活物質」について解説してみました。改めてまとめてみると、以下のようになります。

　昨今のリチウムイオン電池の報道では、高価で希少な金属資源に関連する「正極活物質」に焦点を当てたものが比較的多いように感じます。しかし、電池は「正極」と「負極」が対となり、バランスをとって成り立つものです。そのような技術的な背景を踏まえて情報を整理してみると、また違った理解が得られるかもしれません。

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