2014年03月18日08:25
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日產汽車與日產ARC於2014年3月13日宣布，開發出了一種分析方法，可直接觀察鋰離子電池充放電時正極材料中的電子運動作並定量化。採用此方法，“使得高容量鋰離子電池的開發成為可能，從而有助於延長純電動汽車（EV）的續航距離”（日產汽車）（圖1）。
圖1 日產汽車將於2014年量產的商用EV“e-NV200”。圖為設計造型被西班牙巴塞羅那出租車選中的試制車。（2013年9月拍攝）
要開發容量高、壽命長的鋰離子電池，必須在電極活性物質中盡量多儲存鋰，進行可產生大量電子的材料設計。為此，掌握電池中的電子運動十分重要，而以前的分析技術無法直接觀察電子的運動。因此，無法定量識別電極活性物質（錳（Mn）、鈷（Co）、鎳（Ni）、氧（O）等）中什麼元素可在多大程度上釋放了電子。
此次開發的分析方法，使得長期存在的課題——探明充放電時電流的起源並定量把握，“全球首次”獲得了解決（日產汽車）。由此，可准確掌握電池內部發生的現象，尤其是正極材料含有的活性物質的運動狀況。此次的成果是由日產ARC與東京大學、京都大學、大阪府立大學共同開發的。
還使用了“地球模擬器”
此次開發的分析方法，同時運用了使用“L吸收端”的“X射線吸收分光法”和使用超級計算機“地球模擬器”的“第一原理計算法”。盡管以前也有人採用X射線吸收分光法實施過鋰離子電池分析，但使用“K吸收端”為主流。配置在距離原子核最近的K殼層的電子被束縛在原子內，因此電子並沒有直接參與充放電。
此次的分析方法因採用了利用L吸收端的X吸收分光法，可以直接觀察參與電池反應的電子流動。並且，通過與使用地球模擬器的第一原理計算法相結合，以高精度獲得了以前隻能間接推斷的電子移動量。
日產ARC將此分析方法用於分析鋰過剩型正極材料。結果發現，（1）在高電位狀態下，屬於氧的電子有益於充電反應﹔（2）在放電時，屬於錳的電子有益於放電反應。（作者：久米 秀尚，日經技術在線！供稿）
