(ALCA-SPRING)の一環として、次世代型蓄電デバイスであるリチウム-硫黄二次電池の実現に向けて、硫化リチウムベースの固溶体(解説1)と硫化物固体電解質(解説2)を組み合わせた正極を開発し、正極の容量および寿命を飛躍的に改善させることに成功しました。研究成果のポイントリチウム-硫黄二次電池の正極材料として硫化リチウムベース固溶体、電解質として硫化物固体電解質を組み合わせた正極を開発。硫化リチウムベース固溶体を用いた正極は、硫化リチウム単体を用いたときよりも2倍以上大きな容量を示し、可逆に作動。2000回充放電を繰り返しても劣化はなく、安定に作動。リチウム-硫黄二次電池は、従来のリチウムイオン電池と比較して、高い理論エネルギー密度注(解説3)を有することから、次世代型の蓄電デバイスとして注目されています。ある多硫化リチウムが有機電解液に溶出するため、電池容量が劣化するという問題がありました。Li+イオン貯蔵材料の硫化リチウム(Li2S)自身が絶縁体であるため、可逆容量が小さく、従来のリチウムイオン電池を凌駕するリチウム-硫黄二次電池の構築にはLi2S正極材料の高容量化が必要とされています。Li2Sベースの固溶体を組み合わせた正極を開発しました。g-1以上の可逆容量を示し、充放電繰り返し試験では、2000サイクルの間、容量劣化が観測されず、長寿命化を実現しました。リチウム-硫黄二次電池は世界中で研究開発が激化していますが、実用化にはまだ至っていません。本研究で得られた成果は、これまで報告されているLi2S正極の中で最も高い容量と優れたサイクル寿命を達成しており、リチウム-硫黄二次電池実現の可能性を世界に先駆けて示すものです。2017年5月24日に掲載されました。固溶体2種類以上の固体が均一に混じり合うことで生成する固体のこと。導入されたイオンが、結晶の構造中の別のイオンと直接位置を交換することで形成される。本研究ではハロゲン化物イオンが、Li2S結晶中の硫化物イオンと一部置換することによって固溶体が得られている。特定のイオン、ここではリチウムイオンが高速に伝導する材料を固体電解質という。酸化物系電解質と比較して、イオン伝導度が高く、室温加圧のみで粒界抵抗を低減できるなど、全固体電池へ応用するうえで多くのメリットをもっている。電極材料1kgあたりのエネルギーWhのこと。