Battery Materials Solutions Center
電池材料ソリューションセンター
（近未来電池開発）
次世代電池の高容量化・高電圧化・高エネルギー密度化を支える材料ソリューション。
リチウムイオン電池や全固体電池の開発では、高容量化・高電圧化・高エネルギー密度化が重要なテーマとなっています。
一方で、Si 負極の体積膨張、Li 金属負極のデンドライト形成、全固体電池における界面抵抗の増加など、新たな課題も発生しています。
当ソリューションセンターでは、導電ポリマー技術を活用した課題解決のポイントをご紹介します。
課題１Si 負極材の膨張を抑えたい
ソリューション
- 課題の詳細
- Si（シリコン）負極材はグラファイトと比較して非常に高い理論容量を有しており、次世代電池の高容量化に向けて期待されています。
しかし充放電時に大きな体積膨張・収縮が発生し、電極の破壊・活物質の脱落・サイクル特性の低下などの問題を引き起こします。 - 原因
- 主な要因は以下の通りです。
① Si が大量の Li イオンを取り込む
② 充放電に伴い大きな体積変化が発生する
③ 電極内部に応力が蓄積する - 選定ロジック
- Si 負極を安定化するためには、
① 膨張・収縮への追従性
② 電極構造の維持
③ 導電ネットワークの保持
④ 長期サイクル安定性
が重要です。 - 解決策
- カーボンと Si のハイブリッド粒子による体積膨張の抑制を行い、導電ポリマーによる被膜形成により、C-Si 粒子の体積変化に追従しながら導電性を維持することが可能です。
その結果、電極剥離抑制・導電経路維持・サイクル寿命向上が期待できます。
製品紹介
課題２Li 金属負極のデンドライト発生を抑えたい
ソリューション
- 課題の詳細
- Li 金属負極は極めて高い容量を持ち、高エネルギー密度電池の実現に不可欠な材料として注目されています。
しかし充放電を繰り返す過程でデンドライトと呼ばれる針状結晶が形成され、内部短絡・安全性低下・サイクル寿命低下などの課題が発生します。 - 原因
- 主な要因は以下の通りです。
① Li イオンの不均一な析出
② 局所的な電流密度の集中
③ 負極表面の不安定化 - 選定ロジック
- デンドライト抑制には、
① 均一な Li 析出
② 表面保護層の形成
③ 電流分布の均一化
④ 安定した界面設計
が重要です。 - 解決策
- 導電ポリマーによる保護被膜（還元緩衝膜）を形成することで、Li 金属表面の反応を均一化し、デンドライト形成を抑制することができます。
これにより、安全性向上・サイクル寿命向上・高容量化への対応が期待できます。
製品紹介
課題３全固体電池の界面抵抗を低減したい
ソリューション
- 課題の詳細
- 全固体電池は高い安全性と高エネルギー密度を実現できる次世代電池として期待されています。
しかし固体電解質と活物質が固体同士で接触するため、接触抵抗の増加・イオン伝導の低下・出力特性の悪化といった課題があります。 - 原因
- 主な要因は以下の通りです。
① 固体同士の接触面積不足
② 界面に微細な空隙が存在する
③ 界面抵抗の増加 - 選定ロジック
- 全固体電池の界面設計では、
① 界面への高い密着性
② 隙間を埋める柔軟性
③ 電子伝導性の確保
④ 長期安定性
が重要です。 - 解決策
- 導電ポリマーを界面材料として活用することで、活物質と固体電解質の間に存在する微細な空隙を埋めながら密着性を向上できます。
さらに電子伝導経路の形成により、界面抵抗の低減・出力特性向上・全固体電池性能向上が期待できます。