リチウム金属電池の性能を最大化する電解液濃度の新指標を発見 ―イオンの協調輸送と保護膜の強さが高性能化の鍵―
2026/07/01
【発表のポイント】
･リチウム金属電池の性能を左右する電解液濃度について、最適条件を判断するための新たな指標を発見しました。
･リチウムイオン（Li+）と陰イオン（TFSI-）が協調的に輸送される濃度領域では、リチウム金属が均一に析出・溶解し、高い充放電安定性が得られることを明らかにしました。
･リチウム金属表面近傍（深さ数十nm）の硬さと弾性率の定量評価により、イオンの協調輸送が機械的に安定な表面保護膜（SEI）の形成を促進することで、デンドライト成長を抑制することを実証しました。
【概要】
リチウム金属電池は、従来のリチウムイオン電池を大きく上回るエネルギー密度を実現できる次世代蓄電池として期待されています。しかし、充放電時に発生するデンドライト（針状リチウム）の成長が寿命や安全性を低下させるため、その抑制が大きな課題となっています。これまで電解液の高濃度化が有効とされてきましたが、最適な濃度を決定する指針は十分に明らかになっていませんでした。
東北大学金属材料研究所の李弘毅助教、市坪哲教授の研究グループは、LiTFSI/EC-PC電解液の濃度を系統的に変化させ、イオン輸送、リチウム析出・溶解挙動、および保護膜（SEI）の力学特性を包括的に解析しました。その結果、Li+とTFSI-の協調的な移動を示す濃度領域で均一かつ可逆的なリチウム析出・溶解と機械的に安定なSEI形成が実現し、優れた充放電安定性が得られることを発見しました。本成果は、イオン輸送特性とSEIの機械的安定性を指標とする新たな電解液設計指針を示すものです。
本成果は2026年6月29日に、学術誌ACS Electrochemistryにオンライン掲載されました。