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リチウムイオン電池向け PVDFソリューション

Kynar® PVDFは、リチウムイオン電池技術において、 電極活物質のバインダーとして長年使用されてきました。アルケマは技術改良を重ね、現在、正極および負極バインダーとセパレータコーティングで使用されています。 低VOC水性ラテックス技術を使用した実験的ソリューションの開発も進んでいます。

バッテリー用途カタログ

最新版 Kynar® PVDFバッテリー カタログ (英語・PDF)

最新版のカタログには、主力のKynar® HSVシリーズの電極バインダー樹脂と、Kynar® LBGセパレーターコーティング樹脂についての情報を掲載しています。

Kynar® PVDF リチウムイオン電池の構造

樹脂選定指標

過去約20年に亘り、PVDF樹脂は、特に正極用の、非常に安定したバインダー樹脂として最良の選択肢であることが証明されています。

 

様々なPVDF樹脂の中から最良の商品を選択する際に、主に次の2つの要因が指標となります。

  • 過酷な状態での先端的性能の証明
  • 安心 - グローバル供給体制、品質、コンプライアンス、次世代バッテリー向け材料開発に対する継続的なコミットメント

Kynar® PVDF樹脂 - 最先端の性能

本質的に、Kynar® PVDFは苛酷な環境での使用に適しています。それは、超高層ビル向け高耐久性コーティング(50年以上)、石油・ガス海底油田パイプ(26年以上)、太陽光パネルのバックシート(10年以上)などでの長年に亘る優れた実績で証明されています。

 

進化し続ける電池市場に早期から取り組み、アルケマは技術革新を通じて、高品質樹脂のリーディングサプライヤーの一社と評されるまで成長しました。

 

Kynar® 樹脂のバッテリー向けソリューションは、2つの主要な分野を代表しています。 –電極用バインダー樹脂のKynar® HSVとセパレータコーティング用樹脂のKynar Flex® LBGです。

電極用バインダーとしてのKynar® HSV樹脂シリーズ

  • 易溶解性、易加工性
  • 高い接着力
  • 低バインダー負荷
  • 電解液中での低膨潤性
  • 低電極内部抵抗
  • 高電圧安定性

セパレータコーティング用Kynar® LBG &Kynar Flex® 樹脂シリーズ:

  • 電極への高い接着力(電解液注入前後共に)
  • 高い寸法安定性、制御された結晶化度
  • ナノセラミックスとの濡れ性
  • 溶剤系、水系共に適用可能
  • 高電圧安定性

コストダウン、パフォーマンス向上、安定供給

リチウムイオン電池の普及は急速に伸びています。 市場の初期成長は携帯電話、タブレット、電動工具などの消費者向けエレクトロニクスによるものでしたが、現在の大きなブームはEVによるものです。 要求の厳しい自動車産業では、コスト低減、バッテリー性能の大幅向上、安定したグローバルサプライチェーンを同時に満足させる必要があります。 簡単な挑戦ではありません。

 

アルケマは、次世代超高容量カソード、超高容量アノード、およびリチウムイオン電池を代替する技術プロジェクトに積極的に参画しています。 オープンイノベーションは、当社の一貫した成功の鍵です。

リチウムイオン電池 コストの概算

テーラーメードのパフォーマンス

アルケマは、数十年にわたり高性能PVDF樹脂とその軟質コポリマーを開発を継続してきたパイオニアです。 独自のプロセスにより、分子量、粒径、結晶性、機能性を調整できます。

 

乳化重合PVDFは、50年以上前に、高光沢と表面平滑性を与える小粒系樹脂を要求される建築用高品質塗料向けに設計されました。

 

高表面積=易溶解性=易加工性

今日、電池用途では、粒子内へのNMP拡散に時間を要する大粒径懸濁重合PVDFとは対照的に、小粒径と特有の凝集構造とが備わった乳化重合PVDFは、NMPやアセトンへの易溶解性を発現します。 小粒系粒子は、革新的な「ドライ混錬プロセス」を可能にする鍵でもあります。

異種結合のメリット

乳化重合では、異種結合「欠陥」が誘発されます。 この現象は単純に高い反応温度に関連しており、懸濁重合PVDF樹脂と比較して、融点および結晶化度がわずかに低い物性を与えます。一方この異種結合「欠陥」は、高ニッケルNMC活物質を使用する場合に重要なPVDFの耐アルカリ性を向上させます。


そのメリットを定量化すべく、乳化重合温度により「欠陥」レベルがどのように調節できるかを理解することが重要です。

分子量分布の調節

通常Kynar® PVDFの乳化重合では、分子量分布は単峰性を示しますが、特定の要求に対しては二峰性もしくは幅広い分子量分布を備えたグレードを合成する事も可能です。

 

お客様の加工工程に応じて、 分子量分布を調整する事が可能な点は、アルケマの製造工程の重要な利点です。

正極バインダー樹脂

リチウムイオン電極の表面は電気化学的に苛酷な環境で、ほとんどの従来のポリマーは、短期間で分解されるでしょう。しかし、Kynar® PVDFは、世界のトップクラスの高純度工業プロセスにおいて実績を残しており、当社の幅広い品揃えは、広い温度範囲にわたって優れた熱・機械的および電気化学的耐性を発揮します。

 

  • スラリー製造工程での溶媒への易溶解性、易加工性、工程時間低減、安定したスラリー粘度
  • 精密機能化制御によって調整可能であり、膨大な数の充放電サイクルと広い温度変化の後でさえ保持される
  • 高い接着力は、異種接着力を維持し、活物質量を高め、内部抵抗を低くし、同種接着力を高めながらも、バインダー充填量が低減可能
  • 電解液中での低膨潤 結晶化度の精密制御により調整可能
  • 半導体、原子力、飲料水、ヘルスケア産業を含む、化学プロセス産業における膨大な成功実績によって実証された高純度とロット間の安定性
  • クラス最高レベルの容量保持
  • 電気化学的抵抗 - 広い電圧範囲(0〜5V Li + / Li)で安定
  • 熱安定性 - 熱天秤測定値で420℃まで熱劣化なしで安定

 

高容量・低インピーダンス

Kynar® HSV900の放電曲線(室温、バインダー負荷3.5%)
Kynar® HSV1800の放電曲線(室温、バインダー負荷2.5%)

粘度特性

Kynar® PVDFシリーズのNMP溶液粘度(25℃)

正極活物質

活物質は、より効率的な電池の開発において常に進化しています。活物質の種類によらず、バインダーが高い接着特性を発現することが重要です。 Kynar®HSV樹脂シリーズは、下記の活物質に対して高接着性を発現します。

  1. LCO: LiCoO2
  2. LFP: LiFePO4
  3. LMO: LiMn2O4
  4. NMC: LiNiMnCoO2
  5. NCA: LiNiCoAlO2

引き剥がし強度

少量でのより高い接着性は、より高いエネルギー密度を意味し 、低バインダー量は、活物質含有量増加を可能にします。 バインダーの膨潤は、リチウムイオン電池に深刻な欠陥をもたらす可能性があります。 Kynar® HSV樹脂は、高温(最高80℃)でも、一般的な溶媒で低膨潤性を示します。

Kynar® PVDFシリーズのアルミ板との接着強度比較

バインダー イノベーション

アルケマは、未来のより安全でより高性能の電池開発を可能にするバインダー開発に日々取り組んでいます。 アルケマでは米国King of Prussia研究所のバッテリーイノベーションチームが開発を主導しています。 高ニッケル正極用バインダー、水系バインダー、ドライ混錬プロセスなど、最先端の技術の限界を広げていく中で、お客様とのコラボレーションを呼びかけています。

PVDFセパレータコーティング

より大型化するパウチセルおよび非常に高出力のセルの開発では、電池の耐久性を高めるために極めて高い性能のセパレータが必要とされています。一方で、需要の増加に対応するため、生産性改良は喫緊の課題です。粘着性セパレータは、電池製造時間を劇的に短縮し、製造コストを低減させます。

 

セラミックスと組み合わせてもしなくても、Kynar Flex® グレード、特にKynar Flex® LBGグレードは、セラミックス濃度勾配、電極への接着(電解液注入前後共に)、コーティング層の強度および電解液の取り込みを優れたバランスで可能にします。

セパレータコーティングは少なからず「芸術」であり、アルケマはKynar Flex® コポリマーの最も幅広い選択肢を提供し、お客様に最適のグレードを選択して頂きます。

Kynar® LBGグレードが使用されたセパレータコーティングは、電池使用時でのセパレータの機械的特性や熱安定性を高めるだけでなく、より重要なことに、デンドライトの成長を阻害し。、電気自動車や高出力用途で使用される大型リチウムイオン電池の安全性を大幅に改善するように設計されています。

 

樹脂とセラミックのバランス

水系PVDFバインダーのリーダー

1965年以来、アルケマはPVDF技術のリーダーです。 当初から、超耐久性コーティング領域では真のパイオニアとして認識されてきました。 私たちはまた、水系PVDF塗料の処方に関する評判を確立しました。 受賞商品であるKynar Aquatec® 水性ラテックスは、世界中の塗工メーカーが数十年もの厳しい屋外環境に耐えられる塗料を処方するサポートをしています(www.kynaraquatec.com)。

 

当社の独自の乳化重合プロセスでは、容易に処方され、加工され、そして塗工され得る、非常に安定した水性ラテックス製造が可能です。 私たちは、近い将来の水系バインダーを積極的に開発しています。

 

お客様とのコラボレーションを歓迎したします!

広範なポートフォリオ

Kynar® 製品一覧

安心

アルケマは電池業界が爆発的に推進するよう尽力しています。アルケマには以下のような安心材料があります:

 

  • 主要3大陸でのPVDF生産-ヨーロッパ、アジア、米国、各拠点で設備能力増強を行っています
  • 米国のグローバル技術開発拠点及び世界各地の研究所でのサポート
  • 世界で最も有名なブランド
  • 技術革新へのコミットメント - ロイターのグローバルイノベータートップ100 - ピエールポティエ賞の複数回受賞
  • 持続可能な成長へのコミットメント -  植物由来樹脂、太陽エネルギー、遮熱屋根、自動車軽量化
  • 草分けから最先端の業界リーダーに至るまで、実績のある電池
  • 蛍石 - フッ素系ガス - モノマー - ポリマーの垂直統合
  • 世界トップクラスのPVDF製造能力及びフッ素系界面活性剤フリー(FSF®)PVDF乳化重合技術のリーダー

グローバルな供給とサポート

グローバルな供給とサポート
電気自動車

Let's Run Together

アルケマが取り扱う材料の範囲は常に拡大しています。市場がより高性能な材料を要求する限り、私たちは革新的なソリューションを開発し続けます。アルケマのグローバルなエンジニアチームは、意欲的に新しい開発に取り組み、お客さまの材料ニーズに合った独創的なソリューションを設計しています。お客さまの研究開発のために、ぜひともアルケマのチームにコンタクトしてください。

 

Let's Run Together™

アルケマの電池チームにコンタクトする

 
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