バージニア工科大学の研究チームは、このたび学術誌《ACS Applied Materials & Interfaces》において、次世代全固体電池の開発に資する重要な研究成果を発表しました。

本研究では、分子イオンコンポジット（MIC）系ポリマー電解質に、CHEMFISH TOKYO が提供する機能性添加剤 LiDFBOP（二フッ化ビス（オキサラト）リン酸リチウム） を導入することにより、高電圧リチウム電池における電極–電解質界面の安定性問題を効果的に解決しました。

この成果は、高エネルギー密度型全固体電池の商用化に向けた技術的課題の解決に貢献するものであり、実用化への道を大きく切り拓くものと期待されます。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c04566

高電圧電池技術のボトルネック：界面安定性への挑戦

    近年、次世代の電動車および蓄電分野において、高エネルギー密度電池の需要が急増しており、高電圧層状酸化物系正極（例：NMC811）と金属リチウム負極の組み合わせは研究の焦点となっています。しかし、従来の高分子電解質は高電圧環境下で分解しやすく、電極–電解質界面での副反応やリチウムデンドライトの成長を引き起こし、電池のサイクル寿命と安全性に深刻な影響を及ぼします。

    バージニア工科大学化学科の Feng Lin 教授が率いる研究チームは、剛直な棒状イオン高分子 PBDT をベースとし、イオン液体、リチウム塩および機能性添加剤との相乗効果により、機械的強度と電気化学的安定性に優れた一体型電解質膜を実現する MIC（Molecular Ionic Composite）電解質システムを提案しました。

CHEMFISH製 LiDFBOP：界面最適化の“中核エンジン”

    本研究において、CHEMFISH が提供する添加剤 LiDFBOP（二フッ化ビス（オキサラト）リン酸リチウム） は極めて重要な役割を果たしました。

界面パッシベーション効果：

　LiDFBOP は電極表面で分解し、Li₃N や含硫黄化合物を多く含む安定なパッシベーション層を形成することで、高電圧下での電解質の酸化分解を効果的に抑制します。X線光電子分光法（XPS）解析により、LiDFBOP を含む第2世代 MIC 電解質を用いた場合、NMC811 正極表面に均一な保護膜が形成され、界面インピーダンスが大幅に低下したことが確認されました。

イオン伝導制御：

　LiDFBOP は溶媒であるスルホラン（SL）と協働し、イオン液体内の溶媒和構造を最適化することで、第2世代 MIC 電解質のイオン伝導率を60℃で 3.21 mS/cm にまで向上させ、従来システムと比べて 31% の改善を実現しました。

サイクル性能の向上：
　NMC811||Li 金属電池において、本電解質を用いたセルは 初期放電比容量 212 mAh/g を示し、100サイクル後の容量保持率は 93%（2.8–4.4V、C/3、60℃） に達しました。これは、LiDFBOP を含まない従来系と比較して大幅な性能向上を意味します。

技術的ブレークスルー：材料設計から性能飛躍へ

研究チームは分子設計により “第2世代 MIC（gen 2 MIC）” を構築し、以下のような革新を実現しました：

多成分相乗効果：

　7.5% PBDT 高分子、7.5% LiTFSI、60% イオン液体 Pyr₁₄TFSI、22.5% スルホラン、2.5% LiDFBOP を複合化し、自己支持型の電解質膜を形成。液体電解質を別途添加する必要がありません。

広温度安定性：

　熱重量分析（TGA）では400℃以下で質量減少がわずか20%にとどまり、動的機械熱分析（DMTA）では引張強度 6.3 MPa、弾性率 450 MPa を記録。パウチ型電池等の実装要件に十分対応可能な特性を示しました。

界面化学の制御：

　LiDFBOP 由来のリン系化合物と、TFSI⁻ の分解により生じた Li₃N が協働することで、界面に優れたイオン伝導チャネルを形成し、リチウムデンドライトの成長も抑制されました。Li||Li 対称セルにおいては、0.3 mA/cm² の電流密度下で 500 時間の安定動作が確認されています。

産業的展望：全固体電池の商業化を加速

    本研究成果は、高電圧リチウム電池に対する革新的な電解質ソリューションを提示するとともに、電気化学的界面制御における機能性添加剤の重要性を改めて証明するものです。

CHEMFISH の LiDFBOP は、純度99.9%以上・水分含量500ppm以下の高純度機能性リチウム塩であり、分解特性と界面改質能力を精密に制御できるため、高性能電解質材料の標準化原料としての供給が可能です。

Feng Lin 教授は次のように述べています：

    「MIC 電解質の優位性は、分子レベルでのカスタマイズ設計が可能である点にあります。CHEMFISH の高機能添加剤は、私たちが追求する“界面安定性とイオン伝導性の両立”にとって、まさに中核となる支援を提供してくれました。この技術は、電動モビリティや航空宇宙分野における高エネルギー密度電池への応用が期待されます。」

現在、研究チームは関連技術に関する特許（出願番号：63/734,312）を出願中であり、バッテリーメーカーとのパイロット試作の実施を予定しています。

全固体電池サプライチェーンの整備が進む中、CHEMFISH のようなマテリアルサプライヤーによるキーマテリアルの供給が、次世代電池技術の突破においてますます重要な役割を担うと期待されます。