リチウムイオン電池とは、正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池のことである。本ブログでは、いまでは携帯電話、パソコン、ヘッドホンから車までありとあらゆるデバイスに搭載されるこの電池がどのように誕生したのか、その背景、またその絶妙な命名方法が電池の世界に与えた影響などについて説明する。

また、リチウムイオン電池と兄弟関係にあるハイブリッドスーパーキャパシタについて、その特徴にも触れたい。

世界を制するリチウムイオン電池

1991年、日本中、いや世界中かもしれないが、衝撃的なCMが流れた。それはソニー（株）が発売した世界最小最軽量のハンディカムのCMだったのだが、主役はバッテリーだったのだ。

そう、リチウムイオン電池（LIB）の登場である。

そのCMのキャッチコピーは「電池がハンディカムを変える」である。なんとも大胆な発表であったのだが、その言葉通り、リチウムイオン電池は世界を制する事となる。誰しもが、割高でもリチウムイオン電池搭載のポータブルプレーヤーを買い求めた。

型破りで絶妙な命名法

リチウムイオン電池はその命名も型破りであった。

これまでは電池の電極活物質が名前となっていた。鉛電池やニッカド電池などである。ソニーが上市したリチウムイオン電池は、正極がコバルト酸リチウムで、負極はハードカーボンであった。これまでなら、コバルト電池、もしくはコバルトカーボン電池である。もしかしたら、コバルトはイメージが良くなかったのかもしれないが、リチウムイオンという、電解質イオンを名前にしたのが驚きであった。

リチウムと言えば、カナダのモリエナジーが正極に二硫化モリブデン、負極に金属リチウムを用いたモリブデンリチウム電池が有名である。当時の携帯電話用バッテリーとして採用されたものの、発火事故を起こし、リチウムは危ないと印象付けることとなったのである。だからこそ、金属ではなくイオンだから安全であることを印象付けたかったとも言われている。

リチウムイオンが移動するものは全てリチウムイオン電池

しかし、このリチウムイオン電池という名前は、電池業界のブランディング方法を大きく変えていることに気付いている人は少ない。

上記のように、電池の名前はそれまでは活物質の名をとることがほとんであった。同じプロトンや水酸化物イオンが移動する電池でも、負極にカドミウムを用いるとニカド電池、水素吸蔵合金ならニッケル水素電池という具合である。しかし、リチウムイオン電池は、リチウムイオンが移動するものを全部リチウムイオン電池と呼べるのである。コバルト酸リチウムでもマンガン酸リチウムでも、ニッケル酸リチウムでも、である。また、負極に炭素ではなく、シリコンやチタンを用いてもリチウムイオン電池なのである。

発明者にとってはなんとも有難い名前である。ここまで考えて命名したのだとすると脱帽である。これから開発されるであろう新しい活物質であっても、リチウムイオンが関与すればリチウムイオン電池の派生になってしまうのである。それだけ、「リチウムイオン電池」はブランディングの観点からも画期的であり、電池の研究開発に携わるものとして見習いたいと思う今日この頃である。

コイン型PASL電池の登場

そんなリチウムイオン電池フィーバーで沸く1991年であるが、実は他にも世界を驚かす電池が登場していたことを知る人は残念ながら、極めて少ないと言わざるを得ない。

負極にリチウムイオンをプレドープ

それは、鐘紡（株）（注：2001 年カネボウ株式会社に改称、2007年6月に解散）から上市されたコイン型PASL電池と呼ばれる蓄電デバイスである。

正極、負極にポリアセン系有機半導体（PAS）を用いた電池であり、特筆すべきは負極にリチウムイオンをプレドープしているということである。（参考記事：https://nias.ac.jp/lovetech/images/page1/page1-pdf.pdf）

3.3Vと高い耐電圧を実現

その放電カーブは電気二重層キャパシタ（EDLC）と同じく直線的なのだが、その耐電圧は3.3VとEDLCの2.5Vを遥かに凌いだ。主な用途はページャーや携帯電話のメモリーバックアップや時計のバックアップであった。当時のバックアップ用途には2.5VのEDLCを２個直列にして使うのが一般的だったが、PASLは１個でよく、大いに売れた。規模は異なるが、リチウムイオン電池が3.6Vで、ニッケル水素電池の３倍の電圧を売りに爆発的ヒットを放ったのと同じ現象であった。

先に、リチウムイオン電池が登場する前に、負極に金属リチウムを用いたリチウム二次電池が登場していると書いたが、この電池は残念ながら負極の金属リチウムの安全性が課題となり、二次電池として消滅することとなった。そういう背景の中、正極にリチウムイオンを有したコバルト酸リチウムが発明されることで、負極に金属リチウムではなく、炭素材料を使用出来るようになったのである。

一方、コイン型電池の業界では、PASLが登場する前、1984年に正極に導電性高分子であるポリアニリン、負極に金属リチウムを用いた世界初のポリマーバッテリーが商品化されている。しかし、負極に金属リチウムを使用しているため、繰り返し耐久性が低いということで、PASを用いた電池に置き換わることとなったのである。

上述のように、ソニーは正極にリチウムイオンを持たせることで負極から金属リチウムを排除したのであるが、鐘紡は負極にリチウムイオンを持たせることで金属リチウムを排除したのである。プロセスは異なるが、両社とも同じ時期に金属リチウムを使わない二次電池を世の中に提案することになったのである。

ハイブリッドスーパーキャパシタの誕生

このPASL電池は負極にリチウムイオンをプレドープしたPASを、正極に分極性電極の様に直線的に変化するPASを用いていたのだが、この正極を活性炭に変えたものがハイブリッドスーパーキャパシタである。

ハイブリッドスーパーキャパシタの特徴については別の記事で詳述するが、リチウムイオン電池と同じ1991年生まれであり、リチウムイオン電池とは兄弟関係と言えるのである

ハイブリッドスーパーキャパシタ開発の歴史のまとめ

いかがだったでしょうか？本稿ではリチウムイオン電池及びハイブリッドスーパーキャパシタの名前や開発の背景についてご紹介しました。

弊社では本稿でご紹介したハイブリッドスーパーキャパシタの開発・製造を行なっております。ご興味のある方、ご質問のある方はお問い合わせフォームからご連絡ください。