リチウムイオン電池用材料

東洋インキグループでは、長年培ってきた独自の分散技術を駆使し、リチウムイオン電池の特性向上、製品品質の安定化、プロセスコストダウンに取り組み、蓄電システムの普及に寄与することで、エネルギー問題の解決に貢献しています。

リチウムイオン電池とは

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です。二次電池は、何度も繰り返し充電して使える電池のことで、これに対し乾電池のように使い捨てする電池を一次電池といいます。
リチウムイオン電池は、1990年代の初めに商品化されました。エネルギー密度が高い(より小型化できる)、劣化しにくく寿命が長いなどの利点があることから、現在ではスマートフォンやノートパソコン、電気自動車や人工衛星など、多くの機器類に採用されています。

リチウムイオン電池の仕組み

リチウムイオン電池は、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、放電を行います。リチウムイオンが正極から出て負極に入ると充電が、反対に負極から出て正極に入ると放電が行われます(図1)。

正極は、「活物質」(リチウムイオンを取り込む/放出する役割をするもの)、「導電助剤」(電子の伝導性を助けるためのもの。おもにカーボンブラックが使用されます。)、「バインダー」(活物質や導電助剤を結びつける役割をするもの。一般的には、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)という樹脂が使用されます)、の3つが主材料として使用されています。
このうち、活物質のまわりにある導電助剤が、電極中でどのような状態にあるかで、電子伝導性(電池の抵抗)が大きく変化します。

図1 リチウムイオンの移動による充放電

カーボンブラックは、「ストラクチャー」と呼ばれる一次粒子が鎖状につながった構造をしています。単体(粉の状態)では、図2の左のように、ストラクチャーが凝集した状態になっていますが、正極内でストラクチャーが凝集していると、効率的に導電パスを形成できません(電子がうまく流れません)。

一方、分散しすぎてストラクチャーが切れてしまっても、電池性能は低下してしまいます。したがって、導電助剤であるカーボンブラックは、効率的な導電パスが形成されるように適度にコントロールして分散させる必要があります。また、カーボンブラックの分散には分散剤を使用しますが、分散剤はリチウムイオン電池にとっては不純物となるため、電池性能に悪影響を与えないものを選定する必要があります。

図2 カーボンブラックのストラクチャーと導電パス形成

トーヨーカラーでは、これらの技術的な問題に対して、これまでのインキ・塗料製造で培った高度な分散技術を活用した「ワンショットワニス®」を開発し、自動車をはじめとする産業用電池や蓄電システムなどに採用され、お客様のニーズにお応えしています。

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