リチウムイオン電池用負極材料

エルケム社のシリコンをリチウムイオン電池に
シリコンを用いた負極を持つリチウムイオン電池は、電気自動車の新技術として期待されています。このバリューチェーンの中で、原料メーカーをはじめとする多くの企業がポジション争いをしています。エルケム社は、高品質のシリコンを競争力のあるコストで開発できる独自のバックグラウンドを持っています。 

今日、リチウムイオン電池(LIB)の課題は、電気自動車に要求される容量を満たすことができないことです。これは、黒鉛の材料特性により、充電回数が制限されているためです。しかし、グラファイトをシリコンに置き換えることで、この問題を解決することができます。

エルケムでは、2010年から電池に最適なシリコン材料の開発研究を行っており、2015年には充電回数の改善に目途がつきました。リチウムイオン電池へのシリコンの適応が困難な理由は、充電時にシリコンがリチウムを吸収し膨張し、また放電時にはそれに対応して収縮することです。これらの動きによって、負極材と集電体の間に亀裂が生じたり、導通が破壊されたりすると、容量が低下し、充電サイクル数も減少してしまいます。しかし、現在、シリコンの改良に成功し、エネルギー密度の大幅な向上と充電時間の短縮が可能となり、シリコン/黒鉛負極を用いた電池では1000回以上の充電が可能であるという結果が得られてます。

継続的な研究
関係する研究機関や大学は、シリコンの膨張の問題を解決するために、バインダー、電解質、カソード、添加剤などを再検討し、エルケムをサポートしています。エルケム社の研究者が行っている研究活動は、微粉化と素材改質に焦点を当てています。これは、ベンチスケールと産業スケールの装置の両方で、粒子サイズをミクロンとサブミクロンの範囲で調整し、望ましい電極構造と純度を持つ電極を作成するプロセスを確立することを意味します。

“グリーン “フィードストック
これまでに、この電池プロジェクトでは、1件の特許と2件の特許申請が行われています。エルケム社は現在、Elkem Bremanger社で特殊シリコンであるSilgrain®e-Siを商業ベースで生産し、数社の顧客に定期的に供給しています。エルケム社のユニークな製造プロセスにより、Silgrain®e-Siは同種のシリコン材料に比べて環境への影響がかなり少なくなっています。オランダの企業「Smart Green Scans」は、2017年3月にBremangerで実施したLCA分析の結果を報告し、Silgrain®e-Siが競合する原料と比較して、LIB産業の「グリーン」な原料であることを公表しました。

この記事は、2015年のエルケム社のサステナビリティレポートに掲載されたものです。