韓国の研究チームが、厚膜リチウムイオン電池電極専用に設計された二重作用ハイブリッドポリマー（Dual-Acting Hybrid Polymer、略称DHP）接着剤を開発しました。成均館大学とソウル国立大学の報告によると、この新しい接着剤はリチウムイオン電池のエネルギー密度を向上させるだけでなく、全体的な使用寿命も延ばします。この技術は、電動車やスマートフォンのためにより厚く、より高容量の電極を製造する際に、接着剤が浮き上がり電池性能を損なうという一般的な問題を解決しました。テストでは、この接着剤の接着強度は従来のポリフッ化ビニリデン（PVDF）接着剤のほぼ2倍でした。
DHP接着剤がリチウムイオン電池の性能を大幅に向上
DHPハイブリッドポリマー接着剤の構造と、それが電池電極を保護する原理について。電動車の走行距離に対する不安は確かに存在します。走行距離を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電極層を厚くする努力を続けています。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、このプロセスでは乾燥時に問題が発生します。バッテリーメーカーが液体混合物を厚い電極を構築するために適用すると、標準のポリフッ化ビニリデン（PVDF）接着剤が表面に浮き上がります。スラリーが乾燥するにつれて、接着剤の分布が不均一になり、電極に亀裂や崩壊が生じ、正常に導電できなくなります。
これは長年の障害です。この方法で製造された電池は、数回の充電サイクル後に急速に劣化します。
成均館大学の主任研究員である金基宰（Ki-Jae Kim）教授は、「従来、電極の厚さとサイズを増やすことは接着剤と加工の問題に制約されており、全体的な電池性能を妨げていました。私たちは、スパンデックス（spandex）とポリアクリル酸（poly(acrylic acid)）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。」と説明しています。この解決策は、相反する特性を持つ二つの材料を組み合わせることから生まれました：スパンデックス（SPDX）とポリアクリル酸（PAA）であるため、二重作用ハイブリッドポリマー（DHP）接着剤と呼ばれています。
この接着剤は即座に効果を発揮します。スパンデックスは柔軟性を提供し、その高い弾性により厚い電極が圧力を受けた際に構造的な靭性を持ち、断裂や破損を防ぎます。ポリアクリル酸は化学的強度を提供し、内部の電池コンポーネントと緊密な分子結合を形成します。
初期の充電サイクルでは、この混合接着剤が自発的に特別なリチウム界面層を形成し、この層が密集した材料を通過するリチウムイオンの動きを加速します。テスト結果は、新しい混合接着剤の接着強度がPVDFのほぼ2倍であることを示しています。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。それに対して、スパンデックス混合接着剤を使用した袋型電池は、200回以上のサイクル後でも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を強化したことです。
新型接着剤技術が電池業界に与える影響
自動車業界にとって、最も興奮すべきニュースは接着剤の性能だけでなく、その製造方法にあります。多くの次世代電池の開発は新しい工場を必要とし、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。しかし、この接着剤はその必要がありません。既存の湿式生産ラインに直接適用できます。工場のオーナーは、新しい設備を購入したり生産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。金基宰教授は、「この接着剤技術は業界に高い適応性を持っており、最近注目されている乾式加工技術を採用することなく、既存の湿式生産ラインを利用しています。」とまとめました。
「私たちは、次世代電動車の走行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『ネイチャー・コミュニケーションズ』誌に発表されました。