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リチウムイオン電池の発火リスク低減に向けた設計変更の可能性――新たな電解質導入による安全性向上の研究 リチウムイオン電池の発火リスク低減に向けた設計変更の可能性――新たな電解質導入による安全性向上の研究 スマートフォンや自動車をはじめとする多様な製品に広く用いられているリチウムイオン電池は、適切な保管や充電が行われている限り、極めて高い安全性を有していると言える。 しかし、現実には世界中で数千件にも及ぶ発火事故が報告されており、時には死傷者を伴う深刻な事態に至ることも少なくない。 リチウムイオン電池には可燃性の電解質が含まれており、これはリチウム塩を有機溶剤に溶かした溶液で、電荷の移動を可能にする役割を果たしている。 物理的損傷や過充電、極端な温度、さらには製造上の欠陥など、さまざまな要因によって電池が不安定化した場合、急激な発熱とともに発火し、「熱暴走」と呼ばれる連鎖的な危険反応が生じることがある。 特に航空業界においては、機内に多数の電池搭載機器が持ち込まれていることから、客室や貨物室での火災が機体全損に直結する恐れがある。 実際、今年1月に韓国・釜山で炎上したエアバスA321の事故では、頭上収納棚に保管されていたモバイルバッテリーが発火源であった可能性が高いとされ、この事例を受けて一部の航空会社では同様の機器の持ち込みを制限する措置が取られている。 こうした状況を踏まえ、香港中文大学の研究チームは、リチウムイオン電池の安全性を飛躍的に高めるための設計変更を提案した。 従来の電解液に含まれる化学物質を新たなものに置き換えることで、既存の製造プロセスに大きな変更を加えることなく、迅速に導入可能である点が注目される。 研究を主導したスン・ユエ氏（現バージニア工科大学博士研究員）によれば、「室温で高い性能を確保しつつ、高温環境下でも優れた安定性を発揮する温度感応性材料の設計」によって、安全性と性能の両立が困難であった従来の課題を克服することができたという。 具体的には、2種類の溶媒を含む新規電解液を用いることで、室温では第一の溶媒が電池の化学構造を安定化させ性能を最適化し、一方で過熱時には第二の溶媒が主導的に作用し、構造を緩めて熱暴走に繋がる反応を遅延させる仕組みとなっている。 実験室における試験では、釘による貫通試験後の温度上昇がわずか3,5度にとどまり、従来型電池で観察された555度という急激な温度上昇は認められなかった。 さらに、電池の性能や耐久性についても、1000回の充電サイクル後で80％以上の容量を維持するなど、従来と遜色ない水準が確認された。 この新たな電解質は液体であるため、既存の製造ラインに大きな変更を加える必要がなく、容易に導入できると香港中文大学の機械・自動化工学教授であるルー・イーチュン氏は述べている。 電極の製造が最も難しい工程である一方、電解質は液体であるがゆえに、新たな設備投資や工程追加を必要としない点も大きな利点である。 新手法の導入により製造コストは若干上昇するものの、大量生産が実現すれば現行製品とほぼ同等の価格水準に収束する見通しだと指摘されている。 現在、研究チームは商用化に向けて電池メーカーと協議を進めており、実用化までには3～5年を要する可能性があるとされる。 また、試験段階ではタブレット端末を駆動させるための電池が製造されたが、自動車向けなどさらなる大型化には追加的な検証が不可欠であるという。 このように、リチウムイオン電池の安全性向上をめぐる今回の研究成果は、今後の産業界にとって極めて大きな意義を持つものと言える。 
