リチウムイオン電池の電解液とは　～電池性能のキー要素、今後の開発と市場動向

なぜ電解液が重要なのか

リチウムイオン電池の構成要素の中で、正極活物質はエネルギー密度を高める最も大きな要素です。
主にニッケル、コバルト、マンガンの三元系、リチウムやマンガンや鉄、シリコンなどの配合比率により電池性能がどの方向へ向かうか、ほぼ決まります。

しかし、リチウムイオン電池は化学反応によってエネルギーを発生させるため、正極と負極間のリチウムイオン移動がスムーズでなければ、活物質の組成を活かせません。

その移動のキーとなるのが電解液です。

電解液と電解質の違いは、電解質は溶媒中に溶解した際に陽イオンと陰イオンに電離する物質です。ここでは、わかりやすくするため電解質と溶媒を含めたすべてを電解液と呼ぶことにします。
簡単に、電解液の役割と現在および今後の市場動向について解説します。

電解液の役割

リチウムイオン電池の構造と仕組みでも触れましたが、充放電時の正極・セパレータ・負極とリチウムイオンの状況は以下の図のようになっています。
電解液は液状で、セパレータおよび電極活物質に含侵（がんしん）しており、リチウムイオン電池が充電または放電されると、電解液の中をリチウムイオンが遊動（ゆうどう、自由に移動）し正極と負極の間を移動します。
つまり、リチウムイオンは、電解液という専用のネットワークを通って行き来するデータのようなものです。

電解液の性能は、いわばこのネットワーク接続がどれだけ速く安定した通信速度でデータ（リチウムイオン）を運べるかということです。
最新デバイスを持っていても、通信接続が弱くては機能を活かせませんよね。電池にとっていい電解液はいい通信回線と同様の役割を果たします。電解液＝通信環境が劣化しないことも大事です。

電解液がリチウムイオン電池に与える影響

急速充電

電解液の伝導性が高く、高速で効率よく多くのリチウムイオンを移動させることができれば、短時間での充電が可能になります。

低温耐性

リチウムイオンを移動させるツールである電解液は、液体なので温度により性能が左右されます。あらゆる分子がそうであるように、温度が下がると運動性が低下し、それに伴い当然のことながら性能が低下します。
低温、高温いずれの環境でも、電解液が安定していてこそ、電池は動くことが出来ます。

科学的安定性

どのような状況でも電解液に化学的副反応が起きないことが大切です。安定性のために添加剤が加えられています。

サイクル寿命

リチウムイオン電池は、充放電を繰り返すと、次第に電解液が劣化して、ガスを発生させるなどの致命的な状態に至ることがあります。安定して、かつ分解劣化が遅い電解液は電池のサイクル寿命に大きく影響を与えます。

安全性

サイクル寿命と同じ理由から、安全性にも大きく影響してきます。