JFEテクノリサーチ株式会社（代表取締役：花澤 和浩、本社：東京都千代田区）は、リチウムイオン電池（LIB）などの電池用スラリーにせん断を加えながら、動的粘弾性などのレオロジー特性と交流インピーダンスを同時に測定する「電池用スラリーのレオ・インピーダンス測定サービス」の提供を開始する。

本サービスは、従来の粘度・粘弾性評価だけでは把握が難しかったせん断による導電ネットワークの変化を、力学特性と電気特性の同時評価によって捉える技術である。液系LIBや硫化物系全固体電池において高品質な電極の作製と次世代電池の開発を支援する狙いがある。

開発の背景と課題

自動車の電動化や再生可能エネルギーの導入拡大に伴い、LIBや全固体電池の高性能化や品質安定化、生産性向上が求められている。電池の電極は、活物質や導電助剤、バインダーを溶媒に分散させたスラリーを集電箔へ塗工し、乾燥・圧縮して形成されるため、スラリー内の良好な導電ネットワーク形成が電池性能に直結する。

しかし、スラリーは塗工時のせん断によって内部構造が変化する特性を持つ。従来の粘度・粘弾性測定では流動特性や力学的な応答を把握できるものの、せん断に伴う電気的特性の変化を同時に測定することは困難であった。そのため、塗工時のせん断による力学特性と電気特性の連動した変化を評価し、材料選定や製造条件の最適化につなげる手法が求められていた。

本サービスでは、スラリーに回転または振動によるせん断を加えながら、粘度や貯蔵弾性率、損失弾性率などのレオロジー特性と交流インピーダンスを同時に測定する。力学的応答と電気的変化を直接結びつけることで、粒子間ネットワークの形成・解砕や分散状態の変化を多面的に評価でき、材料選定や配合改良、混練・分散条件の検討といった開発・製造プロセスの効率化を支援する。

また、窒素雰囲気下かつ露点－60℃の大気非暴露環境での測定に対応している。水分との接触を避ける必要がある硫化物系全固体電池用スラリーについても、特性や安全性を確認した上で評価の検討が可能となっている。さらに、測定にとどまらず、スラリーの試作や電子顕微鏡観察、ラマン分光分析、塗工膜構造解析、電極・セル性能評価などを組み合わせた一貫したサポートを提供する。

主な評価仕様と測定事例

提供されるサービスの主な対応可能範囲は以下の通りである。

• 対象試料：液系LIB用スラリー、硫化物系全固体電池用スラリー
• せん断条件：トルク範囲：5 nNm～200 mNm、角速度範囲：0～314 rad/s、角周波数範囲：10⁻⁷～628 rad/s
• 温度範囲：－20～＋200℃
• 雰囲気：大気、窒素雰囲気下、大気非暴露環境（窒素雰囲気下、露点－60℃）

※対象試料の組成、溶媒、固形分濃度、揮発性、腐食性、安全性および測定治具との適合性により、実施可能な測定条件と範囲は異なる。

実際の測定事例として、液系LIB用スラリーにせん断ひずみを付与しながら交流インピーダンスを測定した検証では、1％以上のひずみを加えた条件で損失弾性率が貯蔵弾性率を上回る力学的挙動と、インピーダンス値の増加という電気的変化が確認され、せん断による粒子間ネットワーク解砕の可能性が示唆された。

今後の展開

JFEテクノリサーチ株式会社は今後、実際の混練・搬送・塗工工程を模した測定条件の拡充やデータの定量解析を進めるとしている。さらに、大気非暴露下での材料分析や塗工膜の構造解析、セル性能評価と連携させ、材料・配合から電池性能までを一貫して評価できるサービスへと発展させる計画である。

JFEテクノリサーチ株式会社の概要

• 社名：JFEテクノリサーチ株式会社
• 本社所在地：東京都千代田区大手町一丁目6番1号 大手町ビル4階
• 代表者：代表取締役 花澤 和浩
• 事業内容：試験・実験方案作成から測定、データ解析、評価、コンサルティング、計測装置開発

本記事はJFEテクノリサーチ株式会社の発表をもとに作成されています。

Dellows News編集部

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