リチウム-イオン電池開発のタイムライン

Part1: テクノロジーの起源と初期の探求

1.リチウム一次電池の試作
1950 年代、米国国防総省と NASA は、正極として金属フッ化物、負極としてリチウム金属を使用した高-エネルギー-密度電池の研究を開始しました。ただし、リチウムデンドライトの形成により性能が不安定になりました。概念的な重要な進歩は 1962 年にロッキード社のチームが非水リチウム電解質システムを提案したときにもたらされ、将来の開発の基礎を築きました。{8}}

2.リチウムイオン充電式電池の画期的な進歩
1972 年、エクソンモービルのスタンリー ウィッティンガムは、最初の機能的な充電式リチウム電池を開発しました。この電池は、正極として層状二硫化チタン (TiS₂)、負極としてリチウム金属を使用しており、現代のニッケル-電池よりも大幅に高い約 2.4 V-で動作します。しかし、リチウム金属アノードはサイクル中に樹枝状結晶を形成する傾向があり、商業化を妨げる安全上のリスクが生じました。

3.正極材料の革新
大きな飛躍は 1980 年に、ジョン B. グッドイナフのチームが正極材料としてコバルト酸リチウム (LiCoO₂) を発見したことで起こりました。この材料により、4Vのセル電圧が可能になり、エネルギー密度が約2倍になりました。この画期的な進歩により、最新の高エネルギー密度電池の基礎が確立されましたが、依然としてリチウム金属負極に依存しており、安全性の懸念は未解決のままでした。

Part2: 主要なイノベーション

1 負極材の交換
安全な充電式バッテリーへの重要なステップは、リチウム金属を置き換えることでした。 1982 年、イリノイ工科大学のアガルワルとセルマンは、グラファイトへのリチウムイオンのインターカレーションを発見しました。これに基づいて、ベル研究所の研究者は、樹枝状結晶の成長を抑制するグラファイト陽極を使用した最初のリチウムイオン電池を作成しました。- 1985年、吉野彰氏は石油コークス（グラファイトに似た炭素材料）をアノード、コバルト酸リチウムをカソードとして使用した実用的な試作品を組み立てた。この電池により電極間のリチウムイオンの安定した往復が可能となり、吉野は正式に「リチウム-イオン電池」という用語を作りました。

2.電解質のブレークスルー
最後の大きなハードル-サイクル寿命-は 1987 年にソニーのチームがエチレンカーボネート（EC）- ベースの電解質によりグラファイト アノード表面に安定した固体電解質界面（SEI）膜を形成できることを発見したときに克服されました。この保護層は電解液の継続的な分解を防ぎます。これらの技術革新を組み合わせて、ソニーは 1991 年に世界初のリチウム- イオン電池を商品化しました。この電池はリチウムコバルト酸化物正極とグラファイト負極を備えており、ビデオカメラや携帯電話に急速に採用され、スリムでポータブルな電子機器の時代の到来をもたらしました。

以下は表です。

3,リチウム-イオン電池開発のタイムライン:

4,エネルギー密度の推移表: