研究者らは電解質材料を変更することで、より安全なリチウムイオンバッテリーを開発し、貫通や曲げによる火災を防いだ。この革新は、数年以内の量産につながる可能性がある。設計は既存のバッテリー製造との互換性を維持している。
リチウムイオンバッテリーは、スマートフォン、ラップトップ、電気自動車で広く使用されており、通常、グラファイト電極、金属酸化物電極、および溶媒に溶解したリチウム塩からなる電解質で構成されています。この液体電解質は、充電と放電のためのイオン流を可能にします。しかし、バッテリーを貫通すると短絡が発生し、蓄積された化学エネルギーが急速に放出され、熱暴走と呼ばれるプロセスを通じて火災や爆発を引き起こす可能性があります。
熱暴走は、負に帯電したイオンであるアニオンがリチウムとの結合を破壊し、破壊的なサイクルを継続させる熱を生成すると発生します。これに対処するため、香港中国大学（CUHK）のYue Sun氏とその同僚らは、新しい溶媒であるリチウムビス（フルオロスルホニル）イミドを導入しました。この材料は、既存の溶媒からリチウムと結合するのは、熱暴走が始まる高い温度でのみです。重要な点として、この新しい電解質ではアニオン結合が形成されず、熱放出サイクルを停止します。
テストでは、新しい溶媒を使用した釘で貫通されたバッテリーの内部温度はわずか3.5℃上昇したのに対し、従来のバッテリーでは500℃以上でした。改良されたバッテリーは、4100時間の使用後にも容量の82%を保持し、現在の技術基準に適合しています。
「悪役はアニオンで、結合エネルギーが多いのです – これらの結合の破壊が熱暴走を引き起こします」と、英国バーミンガム大学のGary Leeke氏は述べます。「その悪役をプロセスから隔離するのです。バッテリーの安全性という点で大きな飛躍です。」
Leeke氏は、この発見が次世代バッテリーに統合可能で、3〜5年以内の量産が可能だと示唆しています。研究はNature Energyに掲載されています（DOI: 10.1038/s41560-025-01888-5）。