韓国の研究チームが、厚膜リチウムイオン電池電極用に設計された二重作用混合ポリマー（DHP）バインダーを開発しました。成均館大学とソウル国立大学の報告によると、この新しいバインダーはリチウムイオン電池のエネルギー密度を向上させ、全体の寿命を延ばすことができます。このバインダーは、厚く高容量の電極を製造する際に、バインダーが浮いて電池性能を損なうという一般的な問題を解決します。テストでは、このバインダーの接着強度は従来のポリフッ化ビニリデン（PVDF）バインダーのほぼ2倍でした。
DHP混合ポリマーバインダーの構造と電池電極を保護する原理。電気自動車の航続距離への不安は実際に存在します。航続距離を400マイル以上に押し上げるために、バッテリーメーカーはより厚い電極層の製造に取り組んでいます。より厚い電極は、ニッケルなどの高エネルギー密度材料をより多く収容できます。しかし、このプロセスは乾燥過程で問題が発生します。バッテリーメーカーが液体混合物を使用して厚い電極を構築する際、標準の接着剤であるポリフッ化ビニリデン（PVDF）バインダーが上に浮いてしまいます。スラリーが乾燥するにつれて、バインダーの分布が不均一になり、電極がひび割れたり粉砕されたりして、効果的に導電できなくなります。
これは長年の障害です。この方法で構築された電池は、数回の充電サイクル後に急速に劣化します。
新型バインダーがリチウムイオン電池の性能を大幅に向上
成均館大学の主任研究員、金基宰教授は次のように述べています。「これまで、電極の厚さとサイズを増やすことは、バインダーと加工の問題に制約されており、全体の電池性能に影響を与えていました。私たちは、スパンデックスとポリアクリル酸の利点を効果的に組み合わせることで、この障害を克服しました。」この解決策は、相反する特性を持つ2つの材料、スパンデックス（SPDX）とポリアクリル酸（PAA）を組み合わせたもので、二重作用混合ポリマー（DHP）バインダーと呼ばれています。このバインダーは即座に効果を発揮します。スパンデックスは柔軟性をもたらし、その高い弾性が厚い電極構造に靭性を与え、圧力下での破損や亀裂に耐えることができます。
一方、ポリアクリル酸は化学的強度を提供し、内部のバッテリーコンポーネントと緊密な分子結合を形成します。初回の充電サイクル中、この混合バインダーは特別なリチウム界面層を自動的に形成し、この通路が密集した材料内でのリチウムイオンの移動を加速します。
テスト結果は良好な展望を示しています。この新しい混合接着剤が提供する接着強度は、ほぼPVDFの2倍です。商業用袋型電池のテストでは、従来の厚い電池は約95回のサイクル後に崩壊しましたが、スパンデックス強化バインダーを使用した袋型電池は200回を超えるサイクル後も86.8%の元の容量を維持しました。注目すべきは、このサイクル寿命の向上が電池の操作寿命も強化したことです。自動車業界にとっての最良のニュースは、このバインダーの機能だけでなく、その製造方法にもあります。
多くの次世代電池の開発には全く新しい工場が必要であり、高価な乾燥加工設備や徹底的な工具の改造が求められますが、このバインダーはその必要がありません。既存の湿式生産ラインに直接組み込むことができ、工場の所有者は新しい設備を購入したり、組立を一時停止したりすることなく化学接着剤を交換できます。
金教授は次のようにまとめています。「このバインダー技術は業界にとって非常に適応性が高く、既存の湿式生産ラインを使用し、最近注目されている乾燥加工技術を次世代電池製造方法として採用する必要がありません。私たちは、これが次世代電気自動車の航続距離を延ばす上で重要な役割を果たすと期待しています。」この研究結果は『Nature Communications』に発表されました。