目的
- リチウム二次電池に従来使用されているグラファイト負極では、電池を高エネルギー密度化することが困難である。
- 更なる高エネルギー密度化が期待される厚型正極は面積当たりの容量が大きく、従来のグラファイト負極ではバランスが取れない。
→ 高容量であるLi金属を負極活物質として使用する。
電池のエネルギー密度が向上！
Li金属負極を使いこなすための技術-1
リチウム金属を均一に反応させるために、3DOMセパレータ（3DOM：Three Dimensionally Ordered Macroporous）を使用する。
特徴
- 高い気孔率
- 規則配列した孔構造
（注）
3DOMセパレータは、東京都立大学の金村教授の研究グループによって開発。
現在、株式会社スリーダム (https://www.3dom.co.jp/)で量産準備中
孔が均一に存在するので、Li金属負極も均一に反応。
Liがある程度均等に析出するため、Liデンドライトが成長しにくい。
孔が不均一に存在するので、Li金属負極も不均一に反応。
Li析出箇所が集中するため、Liデンドライトが成長しやすい。
Li金属負極を使いこなすための技術-2
リチウム二次電池は一般的に充電スタート。
しかし、初期のLi金属表面は不動態皮膜で覆われているので反応が不均一になり、Liが局所的に析出。
Liが不均一に析出するため、デンドライト状になりやすい。
繰り返し充放電をすると、同じ箇所でLiの析出/溶解反応が生じ、Liデンドライトの成長が進む。
リチウム二次電池を放電スタートする。
最初に不動態皮膜が除去されるのでLiが均一に析出され易くなる。
ただし、正極を放電スタートに対応できるように改良する必要がある！
（注） 従来の正極材（LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、・・・）は、放電状態なので放電スタートはできない。MnO2等を添加して可能にする。
繰り返し充放電をしても、Liの析出/溶解反応が均一に生じるため、Liデンドライトが成長し難い
Li金属電極の課題
Liデンドライト（樹枝状結晶）による短寿命