電池活物質の種類が集電体アルミニウム表面の接触抵抗に及ぼす影響

（山形大学院理工1,山形大工2）○赤間未行1，大前国生2，伊藤智博1，立花和宏1，仁科辰夫1

アルミニウムは導電率が銀、銅、金に次いで高く、安価で軽量なためリチウムイオン二次電池正極集電体として使われている。しかし、表面に存在する強固な酸化被膜と合材との接触抵抗が高出力化を妨げている。

筆者らは有機電解液中でアルミニウム酸化被膜と合材の接触抵抗の関係を調べ、合材に含まれる活物質の誘電率とアルミニウム酸化被膜の厚みから式(1)のように定式化している。

R_c= (ρ_0 ∑_i??C_i χ_ei+ ρ_0 ?)(d+ d_0 )　(1)

R_c : 接触抵抗/Ωm^2 ρ_0 : 抵抗率/Ωm C_i : 寄与率/- χ_ei : 電気感受率/-

また筆者らは、リチウムイオン二次電池正極活物質が水溶液系でも動作し、簡便に評価できることを見出している。

そこで本研究では、水溶液系で活物質の種類が集電体アルミニウム表面の接触抵抗に及ぼす影響について検討した。

金線(?=0.3mm)、アルミニウム線(?=0.4 mm)に電池活物質としてコバルト酸リチウム(電気感受率χ_e=2.6)、マンガン酸リチウム(電気感受率χ_e=5.6)を各々打ち込んで作用極とした。電解液に6 M 硝酸リチウム水溶液を使い、対極にステンレス(SUS316)板(1cm×2cm)、参照極に銀塩化銀電極を用いて3極式セルを組んだ。クロノポテンショメトリーとサイクリックボルタンメトリーでアルミニウムの接触抵抗を評価した。クロノポテンショメトリーで、定電流通電時に電流遮断法によりセルの接触抵抗を求めた。

3．結果および考察

表１に水溶液中での集電体と電池活物質の組み合わせによる接触抵抗の違いについて示す。集電体アルミニウム線と電池活物質のマンガン酸リチウムの接触抵抗は7 kΩ以上を示した。電池活物質のコバルト酸リチウムと集電体アルミニウム線、金線の組み合わせ、電池活物質マンガン酸リチウムと集電体金の組み合わせでは接触抵抗は測定限界以下であった。

図1に水溶液中での集電体金属と活物質の組み合わせによる接触抵抗の違いを示した。電池活物質にコバルト酸リチウムを使った作用極では集電体に金線、アルミニウム線を使った場合共に0.7 V付近に充電電流が観察され、対応する放電電流が観察された。しかし電池活物質としてマンガン酸リチウムを使った作用極では集電体に金線を使った場合0.7 Vに観察された充電電流がアルミニウム線を使った場合では観察されなかった。このことはアルミニウムとマンガン酸リチウムの接触抵抗が大きいことを示唆する。

図１に示したサイクリックボルタモグラムは、表１に示したクロノポテンショグラムの結果を裏付けるものとなった。

表１水溶液中での集電体と活物質の組み合わせによる接触抵抗の違い

図1水溶液中での集電体金属と活物質の組み合わせによる接触抵抗の違い

4．結言

水の電気分解とアルミニウムの腐食が懸念される水溶液中でも接触抵抗は式(1)に従うことが示唆された。

1）加藤直貴, 小野寺伸也, 伊藤知之, 伊藤智博, 立花和宏, 仁科辰夫；科学・技術研究，第3巻2号, 157-164(2014)．

2）立花和宏, 伊藤智博, 小野寺伸也, 加藤直貴, 五十嵐弘, 坂井徹；JETI，Vol.63, no.8,

p.40-43(2015)．

○Miyuki Akama, Kunio Ohmae, To mohiro Ito, Kazuhiro Tachibana, Tatsuo Nishina

◇ 参考文献