東京工業大学の一杉太郎教授と小林成大学院生らは、大気や水蒸気によって低下する全固体電池の性能を加熱処理だけで大幅に向上させることに成功した。性能低下につながる固体電解質と電極との界面抵抗は加熱により、加熱前の約10分の1まで低減できた。電極内に侵入する水素イオンが加熱により排除され、性能を取り戻せる。安全性が高く、高速充電が可能な電気自動車用電池の開発につながると期待される。

一杉教授らは、全固体電池用の電極材料を、さまざまな気体にさらした結果、大気と水蒸気の場合に固体電解質と電極との界面抵抗が10倍以上に増大し、性能が低下することが分かった。

そこで水蒸気で劣化した電極で電池を作り、動作前に150度Cで1時間加熱処理した。すると、界面抵抗は加熱前の約10分の1となり、大気や水蒸気にさらさず作製した電池と同等まで改善した。

水素イオンやリチウムの挙動を分析した結果、水蒸気から電極内に入った水素イオンが界面のリチウムイオン輸送を阻害し、界面抵抗が上昇することが分かった。加熱すると水素イオンは固体電解質中に移動し、正常な界面に回復する。電極内に浸入する水素イオンが電池性能を低下させるメカニズムを解明した。

全固体電池の作製工程で電極材料は大気にさらされ、性能が劣化した状態となる。今回の手法で改善できる可能性がある。また、界面抵抗の起源が分かったことで、新たな界面制御や設計の指針となる。全固体電池は界面抵抗が大きく、充電時間がリチウムイオン電池より長いことが課題だった。

東京大学、産業技術総合研究所、山形大学との共同研究。