NIMSとソフトバンク、金属リチウム電池の実用化へ向け寿命予測モデルを開発

金属リチウム電池は、現行のリチウムイオン電池よりも高い重量エネルギー密度を実現することができるため、ドローンや電気自動車、家庭用蓄電システムなどの幅広い分野への応用が期待されている。

国立研究開発法人物質・材料研究機構（以下、NIMS）は、2018年にソフトバンク株式会社と共同で「NIMS-SoftBank先端技術開発センター」を設立し、携帯電話基地局やIoT、HAPS（High Altitude Platform Station）などに向けた高エネルギー密度蓄電池に関する研究を行ってきた。

これまでに、300Wh/kg以上という高いエネルギー密度で200サイクル以上の充放電が可能な金属リチウム電池を報告している。

このように高い電池性能を有する金属リチウム電池の実用化には、安全性の観点から、そのサイクル寿命を正確に見積もる技術の開発が重要だ。しかし、金属リチウム電池の劣化機構は、従来のリチウムイオン電池よりも複雑であり、その詳細は未だ明らかになっていない。そのため、金属リチウム電池の寿命予測モデルの構築は難しい課題となっている。

こうした中、NIMSは、ソフトバンクと共同で、高エネルギー密度金属リチウム電池の性能評価データに対して機械学習手法を適用し、寿命予測モデルを構築した。

研究チームは、これまで確立してきた高い電池作製技術を用いて、金属リチウム負極とニッケル過剰系正極で構成される高エネルギー密度な金属リチウム電池セルを多数作製し、その充放電性能を評価した。そして、得られた充放電データに対して、機械学習手法を適用することにより、金属リチウム電池の寿命予測モデルを構築した。

放電、充電、緩和プロセスから得られたデータを分析することで、特定の劣化機構を仮定することなくサイクル寿命を予測することが可能となった。

今後、寿命予測モデルの予測精度をさらに向上させ、新規材料の開発にも活用することで、高エネルギー密度の金属リチウム電池の実用化を目指すという。

なお、今回の研究は、NIMS-SoftBank先端技術開発センターの研究開発の一環として、Qianli Si NIMSジュニア研究員、松田翔一チームリーダー、館山佳尚グループリーダーらの研究チームによって実施されたものだ。

また、研究成果は、日本時間2024年6月27日に、Advanced Science誌にオンライン掲載されたとのことだ。