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世界最高容量のリチウムイオン二次電池の開発について

1997年2月13日

 当社は、正極材料に新開発のニッケル酸リチウム(LiNiO2)を 使用することなどによって、直径18ミリメートル、高さ65ミリメートルの 円筒形標準品で世界最高容量の1,900ミリアンペアアワーを実現したリチウム イオン二次電池を開発しました。

 リチウムイオン二次電池は、充電時には正極からリチウムイオンが負極へ移動して 吸蔵され、放電時には逆に負極から正極へリチウムイオンが戻る構造と なっていますが、現在、正極材料として使われているコバルト酸リチウム (LiCoO2)では、移動できるリチウムイオンの量が全体の 約50%であるため、吸蔵容量の拡大に限界がありました。
 このため、近年、高容量化が期待できる正極材として、ニッケル酸リチウムが 注目されていますが、本材料はリチウムイオンの吸蔵・放出時の結晶構造の 変化が大きいため、電池寿命が短いという欠点があります。
 今回、当社は、ニッケル酸リチウムにアルミニウムやマンガン、コバルト、 ホウ素などの他の元素を添加することによって、結晶構造を強固にした長寿命の 材料の開発に成功しました。

 当社は、リチウムイオンの吸蔵・放出反応に適した黒鉛結晶配列構造を持つ、 当社独自のMCF(炭素繊維)を負極材に使ったリチウムイオン二次電池をすでに 開発し、商品化しています。
 今回、この負極材に加えて新開発のニッケル酸リチウムを正極材に採用することに よって、18650型円筒形電池で世界最高容量のリチウムイオン二次電池を 開発したものです。


開発の背景と狙い

     リチウムイオン二次電池は、大きなエネルギー密度を持っていることやメモリ 効果と呼ばれる放電容量の著しい減少もないことなどから、ノートパソコンや 携帯電話などの携帯機器で必要な駆動用の二次電池として、需要が拡大しています。

     近年、これらの携帯機器は、高機能化の進展によって消費電力が 増加していることや長時間使用の要求が高まってきていることなどによって、 駆動用の二次電池に対しては容量の拡大が強く求められてきています。

     当社は、このような要求に対応して、正極材料に新開発のニッケル酸リチウムを 採用することや負極材料にMCF(炭素繊維)を使用することなどによって、 500回の充放電が可能な世界最高容量のリチウムイオン二次電池を開発しました。

     新開発のニッケル酸リチウム正極材の容量は、1グラムあたり180ミリアンペア アワーで、従来の正極材であるコバルト酸リチウムの130ミリアンペアアワーに 比べて大幅に上回っています。この結果、円筒形標準品である18650型電池で 世界最高容量の1,900ミリアンペアアワーを実現し、従来の1,350ミリ アンペアアワーに対して約40%向上しています。

     さらに、新開発の正極材料を採用することによって、希少金属のコバルトを ニッケルに置き換えることになり、材料コストの低減にもつながります。

     本開発品は、ニューサンシャイン計画「分散型電池電力貯蔵技術開発」の 一環として、NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)の委託を受けて 実施した研究の成果です。

     当社は、この「分散型電池電力貯蔵技術開発」の研究において大型リチウムイオン 二次電池の開発を行っています。現在、10ワットアワーから35ワットアワー 規模の電池開発を進めています。

     なお、本開発品は、3月4日から9日まで有楽町駅前の東京国際フォーラムで 開催する「TOMORROW21東芝技術展」に出展する予定です。



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