日産自動車と日産ARCは、13年2014月XNUMX日、リチウムイオン電池の正極材の充放電時の電子の動きを直接観察・定量できる分析手法を開発したと発表した。 この方法を使用することで、「大容量リチウムイオン電池の開発が可能になり、純粋な電気自動車（EV）の範囲を拡大するのに役立ちます」

大容量で長寿命のリチウムイオン電池を開発するためには、電極活物質にできるだけ多くのリチウムを蓄え、大量の電子を発生する材料を設計する必要があります。 このため、電池内の電子の動きを把握することは非常に重要であり、これまでの分析手法では電子の動きを直接観察することはできませんでした。 したがって、電極活物質のどの元素（マンガン（Mn）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、酸素（O）など）が電子を放出できるかを定量的に特定することはできません。

今回開発した解析手法により、充電・放電時の電流の発生源を発見し、「世界初」（日産自動車）として定量的に把握するという長年の課題を解決しました。 その結果、電池内部で発生する現象、特に正極材料に含まれる活物質の動きを正確に把握することができます。 今回の成果は、日産ARC、東京大学、京都大学、大阪府立大学が共同で開発したものです。

テスラエネルギー貯蔵バッテリー

「地球シミュレーター」も使用

今回開発した分析法は、「L吸収端」を用いた「X線吸収分光法」とスーパーコンピューター「地球シミュレータ」を用いた「第一原理計算法」の両方を使用しています。 X線吸収分光法を使用してリチウムイオン電池の分析を行ったことがある人もいますが、「K吸収端」の使用が主流です。 原子核に最も近いK殻層に配置された電子は原子に結合しているため、電子は直接電荷と放電に関与しません。

今回の分析方法では、L吸収端を用いたX吸収分光法を用いて、電池反応に関与する電子の流れを直接観察します。 また、地球シミュレータを用いた第一原理計算法と組み合わせることで、これまでしか推測できなかった電子の移動量を高精度に得ることができました。

これらの技術は、バッテリーエネルギー貯蔵システムの種類に大きな影響を与えます

日産ARCは、この分析方法を使用して、リチウム過剰カソード材料を分析します。 （1）高電位状態では、酸素に属する電子が帯電反応に有益であることがわかった。 （2）放電するとき、マンガンに属する電子は放電反応に有益です。

バッテリーエネルギー貯蔵システムの設計