乾電池プロセスにより設置面積とエネルギー消費を最小限に抑える

Jun 13, 2023

クリスチャン・カザリアン | 2023 年 7 月 10 日

電池製造プロセスの主なステップの 1 つは、金属箔の上に活物質をコーティングして電極を作成することです。 活物質は電気化学反応が起こる場所であり、電極がエネルギーを蓄え、電池が放電するときに放出できるようにします。

乾電池電極 (DBE) は、「粉末からフィルムへ」のルートとして電極製造を革新する電池業界の新しい概念および技術です。 このプロセスは、湿式プロセス製造 (湿った化学スラリーで電極箔をコーティングする) と比較して、所要時間とエネルギーを短縮し、必要なスペースを最小限に抑えます。

従来の湿式プロセスは、電池製造のより複雑なステップです。 流体センシングソリューション会社レオニクスによると、組み立ての最初のステップは、溶媒中に活物質、導電性材料、ポリマーバインダーを含む懸濁液を銅膜またはアルミニウム膜上に堆積させること（スラリーの調製とコーティング）です。 続いて、電極の乾燥、カレンダー加工、サイジングが行われます。

望ましい電気化学的性能を実現するには、バッテリー電極の多段階の製造プロセスを厳密に制御する必要があります。 スラリーは、高粘度の媒体中に、さまざまな化学物質、サイズ、形状の固体粒子がかなりの割合で含まれる複雑な懸濁系です。

均一性を確保するには、スラリーを完全に混合することが不可欠です。 スラリーのレオロジー特性は、スラリーの安定性、混合の容易さ、コーティング性能などの重要な特性に影響を与え、完成した電極に影響を与えます。 組成および適用される加工条件は、得られるサスペンションのレオロジーに影響を与える可能性があります。

DBE プロセスは、複雑で時間のかかる従来の湿式プロセスに対する実行可能なソリューションとして、ここ数年で話題になりました。

リチウムイオン電池は、電子機器、おもちゃ、ワイヤレスヘッドフォン、手持ち式電動工具、小型および大型の電化製品、電気自動車、および電気エネルギー貯蔵システムに使用されます。

Maxwell Technologies (現在は Tesla の一部) のほか、カリフォルニアに本拠を置く LiCap Technologies やマサチューセッツに本拠を置く AM Batteries などの企業が、ドライ コーティング テクノロジーを提供しています。

LiCap Technologies は、そのプロセスを Activated Dry Electrode テクノロジーと呼んでいます。 2022年12月、LiCapは乾式電極製造装置の量産に関してシーメンスおよびBWペーパーシステムズ（バリー・ヴェーミラーの一部門）と提携した。

この戦略的提携により、バッテリーセル業界向けの革新的な乾式電極製造システムが製造および商品化されます。

AM Batteries はそのプロセスを次のように概説しています。

これらは、DBE を詳しく調べた数社にすぎません。

ちょうど今年、テスラとフォルクスワーゲンの両方が DBE プロセスの使用を開始しました。

2023年3月には、テスラは、新しい電池製造乾式電極コーティングプロセスを組み込み、新しい次世代 4680 セル設計に適用しています。

テスラは、2019年にカリフォルニアの新興企業マックスウェル・テクノロジーズを買収して乾式プロセス技術を取得した。これは、湿った化学スラリーで電極箔をコーティングするという電池製造の伝統的で複雑なステップを置き換える（EV会社は2021年にマックスウェル・テクノロジーズをUCPowerに売却したが、乾電池の電極プロセス手法を堅持。）

従来の方法では、コーティングされた箔は最終組み立ての前に長時間の乾燥プロセスを経る必要があり、スラリーに使用された有毒な溶剤は回収して廃棄する必要がありました。

テスラはまた、ドライコーティングプロセスがバッテリー製造工場のサイズ、コスト、エネルギー消費、生産サイクルタイムを劇的に削減し、同時にバッテリーセルのエネルギー密度と出力を向上させる可能性があると信じています。

テスラのバッテリーパートナーの一つであるパナソニックは今年5月、「性能改善策」を導入するためテスラ4680バッテリーセルの量産を延期すると発表した。 どのような措置なのかについては情報がなかった。