シリコンは、電気自動車用バッテリーの負極材料に最適な物質です。そのエネルギー密度は、現在使用されているグラファイトの9倍、より速い充電速度を提供します。シリコン負極がバッテリー自体のエネルギー密度を大幅に改善するため、コスト、充電速度、走行距離といった電気自動車の弱みを解消していきます。
電気自動車メーカーは、シリコン材を使用したバッテリーの採用に積極的な姿勢を見せています。
テスラ・バッテリー・デー2020では、「シリコンは素晴らしい。そして経済的」であることが強調されました。
バッテリーセルの構成物質をグラファイトからシリコンに変える必要があります…エネルギー密度が高く、リチウムプレーティングが少なく、充電が速い」と、ポルシェAGの取締役会会長オリバー・ブルーメ氏もフォルクスワーゲン・パワーデーにてコメントしています。
「‥…シリコンは、ただのグラファイトよりもずっとよくリチウムイオンをつなげます」と言ったのは、同じくVWパワーデーに参加した、フォルクスワーゲン グループ コンポーネンツ、バッテリーセル・バッテリーシステム事業部部長のフランク・ブローム氏。
シリコンには、バッテリーの充放電によって起こる膨張という問題があります。その結果、ひび割れし、シリコンの導電性が損なわれます。
導電性の悪くなったバッテリーはもう使い物になりません。エネルギー密度の観点からいえば最善の材料であるにも関わらず、シリコンがこれまでリチウムイオン電池に使われなかったのはそのためでした。
TUBALL™単層カーボンナノチューブがシリコン粒子の表面を覆い、導電性に優れ耐久性のある結合を実現します。この導電性結合は、密度が高く、長く、強力であるため、負極内のシリコンが膨張し、ひび割れが起こってもTUBALL™単層カーボンナノチューブがその結合を維持します。
そのため、シリコン負極の耐用寿命が著しく延び、電気自動車メーカーの厳しい要求にも対応が可能となるのです。
単層カーボンナノチューブをシリコン負極に添加することにより、シリコン粒子が強力に結合され、膨張しても導電性を失いません。これによりバッテリーの劣化は防止できます。
ナノチューブは電極にどのような影響を与える？
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
TUBALL™は、シリコン負極の分子間に長く、強く、しかも柔軟性と導電性のある結合を今実現する唯一の素材です。
TUBALL™単層カーボンナノチューブを使えば、SiO含有率20%の負極材で記録破りのエネルギー密度、300 Wh/kgと800 Wh/lを達成できます。これはリチウムイオン電池の主要メーカー達が、証明済みです。このエネルギー密度は、現在市場に存在する最高クラスのリチウムイオン電池を最高15%上回ります。
当社R&Dチームの研究の結果、TUBALL™を使えば、SiO含有率を90%まで上げ、エネルギー密度350 Wh/kgを達成することも可能です。
TUBALL™を使用したバッテリーは、トップリチウムイオン電池メーカーにより、製造が開始されています。
バッテリー製造工程にTUBALL™を導入するのは簡単です。
単層カーボンナノチューブの電池製造への応用を促進するために、OCSiAlが、混ぜるだけの添加剤TUBALL™ BATTを開発しました。TUBALL™ BATTには、担体の異なる各タイプがあり、どれも予備分散済みであるため、通常の製造工程の途中で投入するだけでご使用いただけます。
TUBALL™ BATT H2Oは、高エネルギーSi負極用の予備分散済み水溶液です。Si負極内に強固なネットワークを創り、劣化問題を解消します。これまでは不可能であった大量のシリコンをリチウムイオン電池に使用できるようになり、必要に応じたエネルギー密度と高速充電を達成します。
TUBALL™ BATTのサンプルをご希望の方は、下記のプロダクトカードをクリックしてください。
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
ナノチューブは電極にどのような影響を与える？
TUBALL™ MATRIXサンプルのお申し込み、要求事項に関するご要望は、お気軽にお尋ねください。
The pitch-derived soft carbon and SWCNTs provided an excellent conductivity, and the porous structure of the composite accommodated the stress produced by the Si expansion.
The all‐nanomat full cell shows exceptional improvement in battery energy density – 479 Wh/kg battery, and Si-anode capacity – 1166 mAh/g.
High thickness and specific capacity leads to areal capacities of up to 45 and 30 mAh cm−2 for anodes and cathodes, respectively. Combining optimized composite anodes and cathodes yields full cells with state-of-the-art areal capacities (29 mAh cm−2) and specific/volumetric energies (480 Wh kg−1 and 1,600 Wh l−1).
Areal capacities greater than 10 mAh/cm2 and volumetric capacities greater than 1400 mAh/cm3 can be achieved.
The use of SWCNT conductive additive enables graphite-free SiO electrodes with 74% higher volumetric energy and superior full-cell cycling compared to graphite electrodes.
The best results overall are obtained with 0.5%wt SWCNT added to the active powder, which produced 800mAh/g after 250 cycles.
