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リチウム二次電池材料の研究
九州大学機能物質科学研究所 山 木 準 一
1. はじめに
リチウムイオン電池は，軽くて長時間使用できるという特徴を生かし，携帯電話やノートブックパソコンなどに広く用いられている。携帯機器には充電して何度も繰り返し使用できる電池が使用され，このような電池は二次電池と呼ばれる。図１に二次電池のエネルギー密度比較を示す。電池重量当たりでは，リチウムイオン電池がニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池に比べて大きなエネルギー密度を持つ事が分かる。また近年，リチウムイオン電池は電気自動車や電力負荷平準化のための大型化の研究も盛んに行われており，宇宙用としての期待も大きい。それでは，どうしてリチウムイオン電池がこのような特性を持つのか，作動原理を紹介する。
図１ 各種小型二次電池のエネルギー密度
2. リチウムイオン電池の作動原理
電池が作動するには，図２に示す様に，正極と負極を電解液に浸す事が必要である。充電時には，外部から電流を強制的に流すことで，正極の結晶の中にあったリチウム原子をリチウムイオンとして電解液中に放出させ，同時に電解液中のリチウムイオンを負極の結晶の中に挿入する。放電はこの逆反応で，負極中のリチウム原子が正極中にもどり，負極で発生する電子が外部回路で仕事をして正極に戻る。リチウムイオン電池が他の電池に比べて大きなエネルギー密度を持つ最大の理由は，他の電池電圧が1.2Vなのに対して，3.6Vと３倍もの高い電圧を実現している為である。この様に，電圧が高いと電解液が電気分解するため水溶液は使用できず，非プロトン性有機溶媒電解液が用いられる。
図２ リチウムイオン電池の作動原理
