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材料研究機構、京コンピュータを用いてリチウムイオン電池電解液の還元反応機構を解明
独立行政法人物質・材料研究機構（NIMS）は、同機構の研究グループが富士フイルム株式会社と共同で、リチウムイオン電池の性能と安全性の鍵となる電解液の還元分解および電解液と電極の界面における被膜形成の反応機構を分子レベルで明らかにすることに成功したと発表しました。
この成果は、国内最高の演算処理能力を持つ京コンピュータ上で行った、化学反応シミュレーションにより得られたものです。
エネルギー密度の高さなどから普及の進むリチウムイオン電池は、これまでのモバイル機器向けの用途だけでなく、電気自動車や飛行機、また電力の平準化などの用途に向けた開発も盛んに行われています。
しかし、発火事故などがニュースとして取り上げられる事例もあり、高容量化と安全性の両立にはまだ多くの技術的課題があります。
この高容量化と安全性の両立の鍵となるのが、電解液の還元分解反応とその分解物による電極界面の被膜（Solid Electrolyte Interphase: SEI膜）形成と言われています。
しかし、このSEI膜形成に関わる反応機構はこれまで解明されていませんでした。
今回行われた研究では、高精度な計算が可能なシミュレーション技術を世界で初めてリチウムイオン電池に適用することにより、リチウムイオン電池の典型的な電解液材料であるエチレンカーボネート(EC)と添加剤としてよく用いられるビニレンカーボネート(VC)の還元分解過程および、SEI膜の素材となる重合過程を分子レベルで明らかにすることに成功しています。
今回用いられたシミュレーション技術は、演算処理量が多く一般のスーパーコンピュータでは実施が困難なものでしたが、京コンピュータを利用することにより化学反応シミュレーションを高精度かつ短期間で実行することができたとのことです。
また、今回解明された反応機構は、これまで経験的に知られていた添加剤によるSEI膜の性能と安全性の向上について、原理的に裏付けるものとなっているとのことです。
（a） 添加剤がないEC溶媒のみの場合のSEI形成反応機構
（b） VC添加剤の役割として従来考えられてきた反応機構
（c） 今回解明されたVC 添加剤導入による機能の向上したSEIの形成機構
画像提供：独立行政法人物質・材料研究機構
