锂空气电池的充电电压上升阻碍其实用化的原因得以确定

国立研究开发法人 物质材料研究机构（NIMS）

国立研究开发法人 科学技术振兴机构（JST）

１．NIMS首次发现，锂空气电池^（1）的充电电压很大程度上取决于放电时产生的过氧化锂（Li₂O₂）的“结晶度”，过氧化锂的结晶度越高则充电电压也越高。充电电压的上升阻碍了锂空气电池的实用化，而此次的成果将为如何控制其充电电压提供重要参考。

２．锂空气电池理论上具有极大的能量密度，因而有望用于无人机、IoT机器、以及电动汽车和家用蓄电池系统等各种领域。锂空气电池最大的问题是，充电电压（过电压^（2））上升会引起副反应并降低循环寿命。但是，此前关于充电电压上升的原因知之甚少。

３．此次，研究小组着眼于放电产物——过氧化锂（Li₂O₂）的结晶度，首次发现结晶结构越无序（结晶度越低），则充电（分解）电压越低。此前，已知过氧化锂的生成（放电反应）包括①在碳电极上的反应和②通过电解液的反应（岐化反应^（3））两种途径。本次研究发现，①反应中生成的Li₂O₂在3.5V以下可以充电（分解），而对于②反应，则需要4V以上的电压；此外，①生成的Li₂O₂结晶度较低（图1）。这一结果表明，充电电压上升的原因在于反应途径②生成的具有高结晶度的Li₂O₂，通过抑制其生成即可降低充电电压。

图1 锂空气电池的放电过程（生成Li₂O₂）的示意图

４．今后，根据该成果，研究小组将通过确立优先生成低结晶度过氧化锂（Li₂O₂）的方法，大幅延长锂空气电池的循环寿命，加速NIMS-SofBank尖端技术开发中心锂空气电池的实用化研究。

５．本研究主要作为JST战略创造研究推进事业 · 尖端低碳化技术开发特别重点技术领域的“下一代蓄电池”（ALCA-SSPRING）项目的一部分，由NIMS能源环境材料研究中心的博士后研究员Arghya DUUTTA、NIMS-SaftBank尖端技术开发中心久保佳实顾问（ALCA-SSPRING 下一代电池小组金属空气电池副组长（到2020年3月为止））、野村晃敬主任研究员、尖端材料分析研究中心伊藤仁彦主干研究员等组成的研究小组开展。

本研究成果已于2020年8月11日在Advanced Science杂志上在线发表。