リチウムイオン電池では、電解質とセパレータは、正極と負極とともに、電池の4つのコア材料を構成します。正極と負極がエネルギー密度の上限を決定するとすれば、電解質は電池の「血液」、セパレータは秩序と安全性を維持する「安全弁」の役割を果たします。これらが一体となって、リチウムイオンが電池内で効率的、安全、かつ安定的に循環できるかどうかを決定づけ、電池全体の性能と信頼性に決定的な役割を果たします。

I. リチウム電池の「血液」 ― 電解液

広く知られているように、電解液はリチウム電池の「血液」です。電解液を注入して初めて、電池は真に機能するようになります。そうでなければ、それは単なる中身のない空っぽの「殻」に過ぎません。電解液を注入した瞬間、まるで体に魂が吹き込まれ、電池に瞬時に命が吹き込まれるかのようです。

その リチウムイオン電池電解液 主に有機溶剤、リチウム塩、添加剤で構成されています。

• 有機溶剤

• リチウム塩

• 添加剤

電解液の安定性を確保し、充放電効率を高め、サイクル寿命を延ばすため、あるいは特定の機能要件を満たすために、通常は少量の添加剤が配合されます。代表的な例としては、以下のものがあります。

1. フィルム形成添加剤：フルオロエチレンカーボネート（FEC）、ビニレンカーボネート（VC）
2. 低温性能向上添加剤：DTD
3. 難燃添加剤：リン酸系化合物

添加剤は少量しか使用されなくても、バッテリーの性能に大きな影響を与えることがよくあります。

2. 電解質製造プロセス
電解質の製造プロセスは比較的簡単ですが、厳格な環境制御と正確なプロセス管理が必要です。

処方に従って、まず厳密な脱水処理を施された溶媒を、必要な割合で、不活性雰囲気（通常は窒素）で保護された混合反応器に投入します。次に、冷却装置を作動させて溶媒混合物を冷却します。適切な温度に達したら、リチウム塩を撹拌しながらゆっくりと添加し、完全に溶解させます。

このプロセスでは、リチウム塩、特にLiPF₆の溶解は発熱反応であり、溶液の温度が上昇します。そのため、塩の添加前と添加中は冷却が必要です。リチウム塩はゆっくりと少量ずつ添加し、過度の加熱による電解液の品質低下を防ぐため、温度を継続的に監視する必要があります。

リチウム塩が完全に溶解した後、必要な添加剤を加え、十分に混合します。サンプル採取と試験により仕様への適合性が確認された後、電解液はステンレス鋼容器に加圧充填され、一定期間放置された後、最終的な包装と保管が行われます。

3. 電解質の主要な技術的パラメータ
電解質の仕様は、配合や顧客の要件に応じて異なる場合があります。一般的な技術パラメータは次のとおりです。

• イオン伝導性

イオン伝導性は、バッテリー内のリチウムイオン輸送に直接影響を与えるため、電解質の最も重要な特性の一つです。高いイオン伝導性は、高レート・大電流の充放電を可能にします。
導電率はリチウム塩濃度と溶媒組成に大きく影響されます。通常、電解質の導電率は5～15 mS/cmの範囲です。

• 密度

密度は主に溶媒の組成とリチウム塩の濃度によって影響を受けます。高濃度溶媒の割合が高いほど、またはリチウム塩の含有量が多いほど、電解質の密度は高くなります。典型的な範囲は1.0～1.5 g/mLです。

• 水分含有量

水分は重要なパラメータであり、通常は乾燥不十分な原材料や加工中に発生します。水分が多すぎると、リチウム塩が水と反応して酸性物質を形成し、バッテリーの性能を低下させる可能性があります。
水分含有量は通常 10 ppm 未満であることが求められ、最大限度は 20 ppm です。

• 酸度

酸性度が高いとバッテリー内部の部品が腐食し、副反応が引き起こされて容量の低下やサイクル性能の低下を招く可能性があります。

• 色（色度）

良質の電解液は無色透明である必要があります。不適切な操作や特定の添加剤によって変色が生じる可能性があります。バッテリーメーカーは通常、色に関してそれほど厳密な基準を設けておらず、50未満の値は一般的に許容範囲ですが、50を超える値は不良品とみなされます。

• 粘度

粘度はリチウムイオンの移動度に影響します。理想的には、粘度は低い方が望ましいです。リチウム塩含有量やEC含有量が多い電解液は粘度が高くなる傾向があり、直鎖炭酸塩を多く含む電解液は一般的に粘度が低くなります。

• イオン性不純物

ハイエンド用途では、イオン性不純物、特に銅や鉄などの金属イオンが厳密に管理されています。これらの不純物は内部反応を引き起こし、安全上のリスクをもたらす可能性があるため、厳しい制限が課されています。

理想的な電解質は、上記の仕様を満たすことに加え、高い誘電率、広い電気化学窓、優れた電気化学的および熱的安定性、低コスト、無毒性、そして高い安全性を示す必要があります。しかし、これらの特性を同時に実現することはしばしば困難です。例えば、導電性と誘電率が高い電解質は通常、粘度が高く、その逆もまた同様です。

近年、高エネルギー密度の追求と全固体電池の登場は、電解液業界に一定の影響を与えています。しかし、現状の固体電池技術を考えると、液体リチウム電池を完全に置き換えるには長い時間がかかるでしょう。近い将来、液体リチウムイオン電池が引き続き主流であり、電解液市場は比較的安定した状態を維持すると予想されます。

II. リチウム電池の「安全弁」 - セパレーター

その リチウムイオン電池セパレーター リチウム電池に欠かせないもう一つの構成要素であり、主要4材料の一つです。通常はポリエチレン（PE）またはポリプロピレン（PP）製の白色多孔質ポリマーフィルムです。主な機能は、正極と負極を物理的に分離し、内部短絡を防ぐことです。

1. セパレータの機能

• 陰極と陽極を分離し、内部短絡を防ぐ
• 充電および放電中にリチウムイオンを輸送するための経路を提供する（電子を遮断し、イオンを通過させる）

2. セパレータの種類と製造工程

リチウムイオン電池の研究所R&D、セル製造装置、バッテリーパック組み立てソリューションの豊富な経験を持つ当社は、 エイシーニューエナジー 研究者、製造業者、新規業界参入者が効率的で信頼性が高く、拡張可能なシステムを構築できるよう支援することに尽力しています。 リチウム電池生産ライン 材料評価やプロセス開発から生産ラインの完全な統合まで、Acey New Energyは進化するリチウムイオン電池業界に専門的な技術サポートと包括的なソリューションを提供します。