発火しないリチウムイオン電池開発に前進、電解液の着火反応を解明 東北大

2021年12月3日 07:52

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炭酸エステルの着火過程の模式図とマイクロフローリアクタにおける微弱火炎画像(エチル基を持つEMCとDECの方がメチル基のみのDMCより低温側に反応帯が位置する=着火しやすい)(画像: 東北大学の発表資料より)

炭酸エステルの着火過程の模式図とマイクロフローリアクタにおける微弱火炎画像(エチル基を持つEMCとDECの方がメチル基のみのDMCより低温側に反応帯が位置する=着火しやすい)(画像: 東北大学の発表資料より)[写真拡大]

 リチウムイオン電池はPCやスマートフォンなどで広く用いられているが、発火事故が多数報告されており問題となっている。その原因の1つとして、リチウムイオン電池は電解液に可燃性の有機溶媒を用いていることが挙げられる。東北大学の研究グループは1日、有機溶媒の分子構造がわずかに違うことで、着火のしやすさが大きく異なることを明らかにした研究結果を発表した。

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 リチウムイオン電池の電解液は、主成分として炭酸エステルが用いられているが、その着火性についてはこれまで明らかでなかった。リチウムイオン電池の安全性評価としては、電池に釘を刺して短絡させるなどの試験が実施されている。だがそのような試験では、様々な物理化学現象が複合的に影響しているため、電解液など個々の要素の着火性については、詳細に分析することができなかった。

 有機溶剤の着火のしやすさに関する指標として、一般的なものに引火点がある。だが引火点は、純粋な化学反応のしやすさ以外に蒸発のしやすさなども影響するため、純粋な着火のしやすさと必ずしも一致しない。

 そこで東北大の研究グループは、「温度分布制御マイクロフローリアクタ」を用いて着火特性を調べた。この装置は、蒸発の影響を取り除いて化学反応のしやすさを評価することができる。その結果、エチル基を持つ炭酸エステルが、メチル基のみの炭酸エステルよりも着火しやすいことが判明した。この結果は、引火点の指標から判断される着火のしやすさとは真逆となっている。

 リチウムイオン電池の発火事故は、今回の研究のように蒸発の影響が少ない電池内部に端を発することが多い。そのような環境を模擬した試験によって電解液の着火性を評価することで、より安全なリチウムイオン電池の開発や運用が可能になることが期待される。

 今回の研究成果は11月28日付の「Combustion and Flame」誌のオンライン版に掲載されている。

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