アメリカ、カリフォルニア州ニューアークにある新興企業エンビア・システムズ（Envia Systems）社では、ゼネラル・モーターズ（GM）ベンチャーキャピタル部門による出資の下、政府の助成金を受けながら、低コスト、高エネルギー密度の二次電池開発を進めている。マンガン系材料の正極材、シリコンと炭素を複合化したナノ複合材料の負極材の実用化を狙っている。
2012年3月のアメリカ議会で、エネルギー省のエネルギー高等研究計画局（ARPA-E）で当時局長を務めていたアルン・マジュムダール（Arun Majumdar）氏は、電池開発が重要な理由についてエンビア・システムズを取り上げた。同社が設計上の世界記録を達成したエネルギー密度（400ワット時毎キログラム）は、ワシントンD.C.からニュージャージー州までのガソリン代が40ドル（約3170円）のところを、6ドル（約470円）の電気代で済むという画期的な性能である。問題は、3万ドル（約240万円）という電池パックの価格だ。「ARPA-Eの目標は、電池の価格を抑えて選択肢を増やし、コスト面でもガソリン車と対抗できるようにすることである。バッテリー開発は予定通りに進むとは限らない。米国エネルギー省から2億4900万ドル（約195億円）の助成金を受け、リチウムイオン・ナノリン酸塩電池を開発する「A123 Systems」社がその一例だ。フィスカー・オートモーティブのプラグインハイブリッドカー「カルマ」や、ゼネラル・モーターズ（GM）の「シボレー・スパークEV」にバッテリーを供給する契約を獲得、順調に成長を続けていると考えられていた。しかし、予想よりも低調なEV販売、フィスカー用のバッテリーで見つかった欠陥（2012年3月に交換プログラムを実施）、第2四半期に発生した約8300万ドル（約65億円）の損失が原因となり、中国の自動車部品メーカー万向集団に緊急出資を要請する事態となった。万向集団の出資額は最大4億6500万ドル（約360億円）で、株式の最大80％を取得する予定という。NECは、マンガン系リチウムイオン二次電池の高電圧動作を実現する正極と、高電圧動作時の安定性を向上した電解液を開発し、電池を試作した。これにより、将来の電気自動車の航続距離延伸や、電池の軽量化に貢献する。NECは現在、埋蔵量が豊富で安価なマンガンを正極に採用したリチウムイオン二次電池を開発・生産し、電気自動車や家庭用などの大容量蓄電池に搭載されているが、バッテリーの重量当たりの容量（エネルギー密度）の向上が課題となっている事から、この課題の解決に向けて、電池の高電圧化や、それにより正極の表面で発生する電解液の酸化分解を抑制する電解液の開発を行い正極と電解液により、電池の安全性を維持しながら、エネルギー密度を約30%向上し、大容量化と軽量化の実現に成功した。これにより、電気自動車の航続距離の延伸、蓄電システムの軽量化、セル数の低減によるバッテリーシステム管理の簡易化などに貢献し、高電圧駆動ながら、従来の4V系リチウムイオン二次電池と同等の長寿命も実現している。
◆高電圧・安全性の高い正極を開発し、電池の大容量・軽量化を実現
NECが従来から採用している、充電時の安全性が高いスピネル構造のマンガン系正極について、材料の一部をニッケルに置換することで高電圧動作を実現。本正極と黒鉛負極を用いることで、平均動作電圧を従来の約3.8Vから約4.5Vに高電圧化。これによりエネルギー密度を約150Wh/kgから200Wh/kg以上と約30%向上。同じ重量の電池では蓄積エネルギーを約30%向上する一方、同じ蓄積エネルギーの電池では重量を約30%低減。
◆新電解液を開発し、高電圧動作でも長寿命の電池を実現
電解液の溶媒を、従来のカーボネート系から、耐酸化性の高いフッ素化溶媒に変更。これにより従来の課題だった、正極と電解液の界面で発生する酸化分解を抑制。室温下(20℃)において500回の満充放電サイクル試験（注2）後で初期容量の約80%、高温下(45℃)において約60%と、従来の4V系電池と同等の寿命特性を実現。また、セル内部のガス発生を抑制し、高温下でのサイクル試験後の電池の膨れ率を、従来の2倍以上から約10%と大幅に低減し、実用性を向上。
今後は、石油の輸入依存度の低下や低コスト化を視野に入れ、現状のLiイオン2次電池を超える性能を示す次世代のLiイオン2次電池の材料を初め、新たな反応機構を有する革新的な電池を生み出そうと研究開発が更に活発化して行く事だろう。
