リチウムイオン電池の出力を4倍に、村田製作所がポーラス集電体を開発：組み込み開発ニュース

村田製作所は、米国スタンフォード大学との共同研究により、リチウムイオン二次電池の出力を大幅に増加させることが可能な多孔質の「ポーラス集電体（PCC）」の開発に成功したと発表した。従来の集電体と比べて、最大で4倍の出力を発生させられるという。

[MONOist]

　村田製作所は2024年9月30日、米国スタンフォード大学との共同研究により、リチウムイオン二次電池の出力を大幅に増加させることが可能な多孔質の「ポーラス集電体（PCC）」の開発に成功したと発表した。アルミニウム箔や銅箔などを用いた従来の集電体と比べて、最大で4倍の出力を発生させられるという。

村田製作所とスタンフォード大学が共同開発したポーラス集電体［クリックで拡大］ 出所：村田製作所

　リチウムイオン二次電池は、容量を高めるために多くの活物質を用いて電極が厚くなると、リチウムイオンが電極内を移動する距離が長くなることで抵抗が大きくなり、電池の出力が低下してしまうという課題がある。新たに開発したポーラス集電体をリチウムイオン二次電池に導入することでリチウムイオンの新たな通り道が生まれ、抵抗値が半分になるとともに2倍の電流を流せるようになる。つまり、アルミニウム箔や銅箔といった従来の集電体を用いた場合と比較して最大で4倍の出力を発生させることができるようになり、充電時間は最短で4分の1になる。

リチウムイオン二次電池の電極が薄いと容量は低いが抵抗も少ない（左）。容量を高めるために電極を厚くすると抵抗が増える（右）［クリックで拡大］ 出所：村田製作所

　また、ポーラス集電体はアルミニウム箔や銅箔よりも軽量であるため高出力化と軽量化も実現できる。試算では、円筒型セルにポーラス集電体を導入した場合、重量は10％程度減少し、重量当たりのエネルギー密度は10％程度上昇する見込みだ。また、ポーラス集電体は一部に樹脂を用いているため、アルミニウム箔や銅箔と比べて短絡した際の熱暴走が起きにくく、電池の安全性も高められるとする。

　ポーラス集電体は円筒型セルとラミネート型セルの両方に適用可能であり、既存のリチウムイオン二次電池が使われているデバイスに広く使用することが可能だ。また、ポーラス集電体の採用による効果はリチウムイオン二次電池のサイズが大きくなるほど顕著になるため、これまで実現できなかった大容量リチウムイオン二次電池の高出力化や急速充電対応が可能になり、大型バスやトラック、飛行型モビリティの電動化を促進することも期待されている。

　なお、ポーラス集電体の研究開発は、スタンフォード大学がアイデアを発案し、リチウムイオン二次電池開発のノウハウを有する村田製作所が協力することで誕生した。

⇒その他の「組み込み開発ニュース」の記事はこちら