主要成果
カリフォルニア大学サンディエゴ校（UC San Diego）とトヨタリサーチインスティテュート・ノースアメリカの研究チームは、リチウムイオン電池の内部コンポーネントを固定する「バインダー（接着剤）」において、フッ素を含まず水に溶解する新しい素材を開発した。この成果はNature Communications誌に掲載されており、従来のフッ素系バインダーが抱えていた製造時の環境負荷と、リサイクル時の困難さを同時に解決するものである。
技術・詳細
開発されたバインダーは、ポリacrylic acid（ポリアクリル酸）とcarboxymethyl cellulose（カルボキシメチルセルロース）という、入手しやすく安価な2種類のポリマーを単純に混合して構成されている。これらのポリマーを結合させるために、柑橘類に含まれるクエン酸が使用された。この新素材は、一般的なグラファイト（黒鉛）やシリコンのアノード（負極）を含む異なるタイプの電池で動作し、数千回の充放電サイクルを経ても安定した性能を維持することが確認されている。
背景・業界の文脈
従来のリチウムイオン電池製造で使用されるバインダーの多くにはフッ素が含まれている。フッ素系バインダーを用いる場合、製造過程で毒性のある溶剤が必要となり、これらの溶剤を除去するために大型の乾燥オーブンを使用しなければならない。UC San DiegoのJiao Lin博士は、こうした工程が製造コストとエネルギー消費を大幅に増加させ、環境への影響を強めていると指摘している。また、Zheng Chen教授によれば、従来のバインダーが持つ高い安定性は、裏を返せばリサイクル時の分解を困難にする要因となっていた。さらに、リサイクル過程において有害な廃棄物が生成されることも大きな課題であった。
今後の展望
新開発のバインダーを採用することで、製造工程から毒性溶剤と乾燥工程を完全に排除できる。リサイクル時には、部品を水に浸すだけでバインダーが溶解するため、電極材料を金属箔から容易に分離でき、強固な化学残留物を残さない。研究チームが回収した材料を用いて新しい電池を製造したところ、従来の部品を使用した電池と同等の性能が得られたという。今後は、商業利用に向けた生産量の拡大とともに、業界のさまざまな電池タイプに合わせて配合を調整する計画である。
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