技術情報
リチウムイオン電池向け添加剤

ET-TI 1

02

Additives for Li-ion batteries

目次
03

はじめに

04

高品質なリチウムイオン電池向けBYK添加剤

06

電極向け添加剤

10

セパレーター向け添加剤

14

BYKグローバルネットワーク

03

はじめに
リチウムイオン電池は、スマートフォンから電気自動車に至るまで、現代のモバイルの世界で欠かすことのできない素材になっています。BYKの添加剤はリチウムイオン電池の製造において、工程をより効率的にし、製品特性の向上に非常に重要な役割を果たしています。例えば、リチウムイオン電池の製造では、粒子の良好な分散が性能にとって不可欠であり、界面の制御や基材の均一なコーティングも重要です。この分野におけるBYKの添加剤は、主に電極とセラミック塗布型セパレーター向けに使用されます。
例えば、湿潤分散剤を用いると、カーボンブラックやカーボンナノチューブ（CNT）などの導電性カーボンを簡単に分散させることができます。

添加剤および技術に関する詳細情報についてはお問い合わせください。:
battery.byk@altana.com

これにより、正極と負極の製造を向上するための均質な電極スラリーの製造が可能になります。リン酸鉄リチウム（LFP）、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（NCM）、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム（NCA）、およびその他のさまざまな活物質を含むスラリーの粘度も大幅に低下させることができます。さらに、湿潤分散剤は、セパレーターコーティングでのアルミナやベーマイトなどのセラミック材料の分散にも適用できます。
一方、表面調整剤は、表面張力を低下させることによって基材の濡れとレベリングを適切化し、迅速で欠陥の無いセパレーターコーティングが可能です。BYK添加剤の製品群は幅広く、消泡剤、流動挙動を調整するためのレオロ
ジー添加剤、および接着強度、機械的抵抗、および耐熱性を強化するためのバインダーまで提供しています。

04

Additives for Li-ion batteries

高品質なリチウムイオン電池向けBYK添加剤
BYKは、リチウムイオン電池の電極およびセラミック塗布型セパレーター向けに設計された BYK-ET シリーズの添加剤を提供しています。添加剤は微量ながら、製造工程や製品特性の向上、電池の安全性向上に大きく貢献します。このマーケット向けに開発された添加剤は、バッテリーの各パーツと各製造プロセスにて使用できます。導電性ペーストまたは電極スラリー
では、BYK添加剤は導電性カーボンまたは活物質の分散と安定化を促進し、より均一な電極コーティングを提供します。 その結果、接着強度とコーティングの柔軟性が向上します。
欠陥の無いセパレーターコーティングは、リチウムイオン電池の安全性にとって非常に重要であり、セラミック粒子を安定させるための湿潤分散剤、「欠陥のない」表面のための消泡剤、疎水性表面の湿潤性を改善するため、または接着強度を高めるための添加剤など、さまざまな添加剤を使用することによって達成できます。

BYK添加剤はリチウムイオン電池の様々な部分で使用されています

電池

負極

BYK添加剤  

セラミック粒子  

活物質  

導電性カーボン

セパレーター

正極

図01

05

Additives for Li-ion batteries / BYK additives for high-quality lithium-ion cellsBYKは、電極とセパレータコーティングの界面で機能し、製造プロセスとコーティング特性を改善する添加剤を提供しています。 図02で示すように、表面調整剤はコーティングと基材の界面で、消泡剤は空気と分散媒体の界面で、湿潤分散剤は粒子と分散媒体の界面で、バインダーは粒子とコーティングと基材の界面で作用します。

BYK-ET製品群 :Energy Technologiesに特化した添加剤

BYK製品の電池用途向け製品群
消泡剤

湿潤分散剤

バインダー

コーティング

表面調整剤

基材
Substrate

図02

06

Additives for Li-ion batteries

電極
製造プロセス

1. 導電性ペーストの調製

2. 電極スラリーの調製

3. コーティングおよび乾燥カーボンナノチューブ（CNT）やカーボンブラックなどの導電性カーボンの溶媒中への均一な分散と導電性ペーストの最適な安定化のために湿潤分散剤が使用されます。

導電性ペーストは、NCMやLFPなどの活物質に添加されます。
さらに金属酸化物やバインダーを分散させるための湿潤分散剤によって様々な利点が付与されます。レオロジー添加剤と密着性付与剤は、スラリーの接着強度と機械抵抗をさらに改善します。

電極スラリーは、コーティングプロセス、乾燥プロセスを経て集電体にコーティングされます。コーティングプロセス以前で使用される添加剤によりコーティングの仕上がり具合は変わります。

利点• 減粘• より高い固形分• 少ない溶剤• 沈降防止• より高速な処理• 既存設備の効率アップ

利点:• より厚いコーティング• 固形分が多いため乾燥時間が短い• 均一なコーティング• 割れ防止• レベリングの改善• 乾燥プロセスでの省エネ

利点:• 粉砕および分散時間の短縮• 均一な粒子分布• 安定したペースト
• 省エネ

図03

07

Additives for Li-ion batteries / Electrodes

電極スラリー用添加剤
湿潤分散剤
導電性カーボンのような粒子の分散は、電極スラリーの製造において非常に重要です。 BYKの湿潤分散剤を使用すると、微細で均質なカーボンペーストの調製が可能になり、再凝集を防止して分散粒子を安定させるため、スラリーの長期的な安定性が得られます。
これらの効果は、2 つの機能を組み合わせた添加剤のポリマー構造に基づいています。

顔料親和性官能基は粒子表面に吸着しますが、溶媒または水親和性部分は溶媒およびバインダーと相互作用します。こ
れにより、粒子の濡れが改善され、静電反発力および/または立体障害による再凝集が防止されます(図04)。
均質な粒子分布は、添加剤なしで調製したCNT 分散液と添加剤を使用して調製したCNT分散液の顕微鏡画像で見比べることができます。湿潤分散剤を含むサンプルは、すでに目的のCNT 粒子サイズに達していますが、添加剤を含まないサンプ
ルでは、​​依然としてCNT の凝集が見られ、導電率が低下しています (図05)。

利点:• 保存安定性の向上• より高い固形分が可能、乾燥時間の短縮と電極製造の生産性の向上• より良い粒子分布により、さらに良い導電性が得られる

ポリマー構造の湿潤分散剤の粒子表面への吸着および親粒子基の選定
COO-COOH

R N

NR2酸-塩基作用π-π作用

粒子へ配向する
親和基

RH+

CNT分散液の顕微鏡画像

ファンデルワールス力

湿潤分散剤無し

湿潤分散剤有り

溶媒、バインダーへの相溶性グループ

粒子50 µm

図04

50 µm

図05

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Additives for Li-ion batteries / Electrodes

改善された粒子の分散と安定化により、水系および溶剤系スラリーの粘度が大幅に低下します。したがって、より高い固形分濃度への到達が可能となり、乾燥プロセスが短縮され、電極製造の生産性が向上します。 例として、図06 は、添加剤を使用しない場合と使用する場合の導電性カーボン分散液を示しています。添加剤無しのサンプルは粘着性のあるペーストですが、BYK-ET製品を含むサンプルは低粘度の流体であり、優れた保存安定性を示します。
システム内の混錬時間の短縮と溶媒の削減により、エネルギー消費と生産コストが削減されます(図07)。

湿潤分散剤無し湿潤分散剤の混錬時間への影響
目標の粒子サイズ

粒子径

湿潤分散剤を使用した導電性カーボンペーストの粘度低下

湿潤分散剤有り

混錬時間の短縮

湿潤分散剤無し

湿潤分散剤有り

混錬時間

図06

図07

09

Additives for Li-ion batteries / Electrodes

レオロジー添加剤
レオロジー添加剤は、流動特性を調整し、電極スラリーの沈降防止特性を改善し、電極コーティングの接着強度、機械的強度、および全体的なバッテリー性能の向上をもたらします。

利点:• 電極スラリーの沈降防止の改善• 電極接着強度向上• 高分子増粘剤との相乗効果• スラリー安定性の向上

たとえば、合成層状ケイ酸塩であるLAPONITE-RDをポリマー増粘剤と組み合わせて使用​​すると、カルボキシメチルセルロー
ス (CMC) などのポリマー共増粘剤の分子において反対に帯電した部分と静電結合が発生します。
この結合メカニズムによる相乗効果により、安定性の高い水系電極スラリーの処方が可能になります(図08)。

CMCとの相乗効果で負極の接着強度の向上

100

接着強度(N m-1)

粘度(Pa·s)

CMCとの相乗効果で高い貯蔵安定性

101353030252022.5+ 33 %

15100.10.151101001000
せん断速度 (s )
-1

CMC  

CMC/LAPONITE-RD

図080CMCCMC/LAPONITE-RD

図09

10

Additives for Li-ion batteries

セパレータ－コーティング
製造プロセス

1. フィラーペーストの調製

2. セパレーターコーティングスラリーの調整

3. コーティングおよび乾燥

アルミナ、ベーマイトなどのセラミック材料、または PVDF などの機能性材料を溶剤と混合し、次に湿潤分散剤を添加します。

コーティングスラリーには、表面添加剤、消泡剤、フィラーペーストが加えられ、最後にバインダーも追加されます。

セパレーターコーティングスラリーは、様々なコーティングおよび乾燥プロセスによってセパレータ－にコーティングされます。
製造プロセスで使用される添加剤によってコーティング品質は改善されます。

利点• 分散時間の短縮• 均一な粒子分布• 省エネ

利点• 粘度低下• より高い固形分• 沈降防止• より高速な処理

利点• 良好な接着性• 耐熱性の向上• 均質な塗布• 機械的強度の向上• 吸湿が少ない

図10

11Additives for Li-ion batteries / Separator coatings

セパレーター向け添加剤

含水量を 30% 以上削減することも出来ます。(図11) BYK
は、数種類の疎水性湿潤分散剤を提供しています。

湿潤分散剤
BYKのポリマー構造を持つ湿潤分散剤は、溶媒中の固体粒子を微細かつ均一な分散状態を実現し、系の長期安定性に大きく貢献します。これらの効果は、2 つの機能を組み合わせた湿潤分散剤のポリマー構造に基づいています。表面親和性官能基は粒子表面に吸着しますが、溶媒または水親和性部分は溶媒およびバインダーと相互作用します。これにより、粒子の濡れが改善され、静電反発力および/または立体障害による再凝集が防止されます(図04)。疎水性湿潤分散剤を使用することも、セパレータ－コーティングの含水量を減少させるのに有効です。

PVDF分散PVDFコーティングはセパレーターに電極を接着させるのに用いられ、電池の安全性を向上させます。BYKは、PVDF粒子を水に完全に分散させてコーティングの品質を向上させる湿潤分散剤を提供しています。（図12）利点:• 貯蔵安定性の向上• 含水量減少• より良い粒子径分布

PVDFコーティング用湿潤分散剤の効果

セパレーターの残存水分の低減

湿潤分散剤無し- 30 %

湿潤分散剤有り

最適な分散

不十分な分散従来型の湿潤分散剤
疎水型湿潤分散剤

図111 µm

1 µm

図12

12

Additives for Li-ion batteries / Separator coatings

表面調整剤
表面調整剤は、セラミックの疎水性表面の濡れ性改善、薄いコーティングの平滑性確保、電解液濡れ性確保のためのコーティング面の表面エネルギーの適切化を行うために使用できます。表面張力を大きく低下させることでコーティング速度、コーティング接着強度の改善が図れます。

消泡剤
セラミック粒子の分散プロセスは泡の形成、安定化を伴うことがよくあります。 (図14). 内部にとどまった泡によるピンホールを防ぎ欠陥のないコーティングを得るためにも、コーティング前にセラミックディスパージョンの消泡が必要になってきます。
BYKは泡の発生を最小限に留め消泡性の改善に寄与するよう、タイプの異なる消泡剤を提供しています。（例．ミネラルオイ
ル系消泡剤、シリコン系消泡剤、シリコンフリーポリマー構造の消泡剤）。

利点:• コーティングのピンホールやその他の欠陥の防止

濡れ性の改善表面調整剤無し

見やすくするために、コーティングは黒い基板を使用

セラミックスラリーの消泡表面調整剤有り

利点:• 基材の濡れ性の向上• レベリング性の向上• 表面張力の低下により、コーティング速度が向上し、コーティングの密着性が向上

消泡剤無し

図13消泡剤有り

図14

13Additives for Li-ion batteries / Separator coatings

バインダー
バインダーは、セラミック粒子をセパレーター上に定着させ、セパレーターコーティングの接着強度と機械的柔軟性を高めることが出来ます。BYKは、電池用途向けに熱安定性に優れた水性バインダーを提供しています。 BYKのバインダーは、セパレーターの通気性を維持し、含水量を低減させます。 さらに、コーティングされたセパレーターの電解液への濡れ性は高い状態に保たれます。
利点:• 優れた熱安定性• 接着強度の向上• 機械的柔軟性の向上• コーティングされたセパレータの通気性や電解液濡れ性の確保• 含水量削減

BYKバインダーによる熱安定性の向上
BYKバインダーを使用

160℃で20分後

加熱前標準的なバインダーを使用

図15

14

Additives for Li-ion batteries

BYKグローバルネットワーク
BYKは、特殊化学品のグローバルリーディングサプライヤーです。当社の革新的な添加剤と差別化されたソリューションは、製品と材料の特性だけでなく、製造と適用プロセスも最適化します。当社のEnergy Technologiesポートフォリオ (BYK-ET)の活動の焦点は、リチウムイオン電池業界にあります。

兵庫県尼崎にある当社の電気化学ラボでは、お客様向けに電極スラリーの配合を試験および分析するのみではなく、自らバッテリーセルを製造して、バッテリーセル内の各添加剤の影響を評価することもできます。アジア、ヨーロッパ、北米に製造拠点を持つBYKは、グローバルレベルでのサポートを提供できます。

ビックケミー・ジャパン
尼崎

BYK Netherlands, Deventer
BYK Netherlands, Denekamp
BYK Netherlands, Nijverdal

BYK Additives, Widnes
BYK USA, ChesterBYK USA, Louisville

BYK USA, Wallingford
BYK-Gardner USA, Columbia

BYK USA, Gonzales

BYK USA, Earth City
Paul N. Gardner, Pompano BeachBYK Korea, BusanBYK c/o Gruppa HOMA,Moscow
BYK-Chemie, Wesel
BYK-Chemie, Kempen
BYK-Chemie, Schkopau
BYK-Chemie, Moosburg
BYK-Chemie, Geretsried

BYK Korea, Seoul
BYK Additives, Beijing
BYK Additives, Shanghai

BYK c/o Paint Additives
Lab FZ, Dubai

BYK Tongling

BYK Additives, Guangzhou
BYK-Chemie de México, Cuautitián Izcalli

BYK India Private Limited, Pune

BYK Asia Pacific, Singapore

BYK c/o Colormix Indústria eComércio de Pigmentos, São Paulo15Additives for Li-ion batteries

数字でみるBYK約2,400

1,000

全世界の従業員数以上

サンプル出荷/日

3540

マーケットをカバー

以上

主要国にラボ拠点

研究開発へ投資3倍以上（同業界平均投資額に対して）

約150

年の実績

08/2022
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Abelstraße 4546483 Wesel
GermanyTel +49 281 670-0
Fax +49 281 65735

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