LiFSI電解液におけるアルミニウム集電体腐食を改善する方法
より高いエネルギー密度と安全性を追求する中で、高いイオン伝導性や優れた熱安定性などの特長を持つLiFSI（リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド）は、従来のLiPF₆に代わる有望なリチウム塩として注目されています。
一方で、LiFSI系電解液には、アルミニウム集電体の腐食という重要な課題があります。この問題は電池のサイクル寿命に影響を与える可能性があり、条件によっては安全性に関するリスクにつながることもあります。
一方で、LiFSI系電解液には、アルミニウム集電体の腐食という重要な課題があります。この問題は電池のサイクル寿命に影響を与える可能性があり、条件によっては安全性に関するリスクにつながることもあります。
なぜLiFSIはアルミニウムを腐食させるのか？
充電電圧が高くなると、LiFSIに含まれるFSI⁻アニオンが、アルミニウム表面に存在する酸化アルミニウムの保護膜を不安定化させることがあります。
保護膜が溶解すると、新たなアルミニウム表面が電解液に露出し、電解液との反応によって可溶性のアルミニウム－フルオロスルホニルイミド錯体が形成されます。
これらの錯体が電解液中に溶解すると、さらに新しいアルミニウム表面が露出し、腐食反応が継続します。このような保護膜の破壊、アルミニウムの溶解、再露出という過程が繰り返されることで、アルミニウム集電体の腐食が進行する可能性があります。
アルミニウム腐食を抑制するための主なアプローチ
1. 保護性パッシベーション剤の導入
LiPF₆の併用：
LiFSI系電解液に従来のLiPF₆を組み合わせることは、有効な対策の一つです。
LiPF₆は電解液中で分解反応を起こし、フッ素を含む反応種を生成します。これらの反応によって、アルミニウム表面に緻密で難溶性のAlF₃を主体とする保護層が形成されることがあります。
このパッシベーション層は、FSI⁻によるさらなる腐食反応を抑制する役割を果たします。
ホウ酸塩系リチウム塩との併用：
LiDFOB（リチウムジフルオロオキサラトボレート）およびLiBOB（リチウムビスオキサラトボレート）も、アルミニウム表面の安定化に有効な材料として注目されています。
これらのリチウム塩は界面反応に関与し、B–OやAl–Fなどを含む保護膜の形成に寄与します。
特にLiDFOBは、フッ素系リチウム塩とオキサラトボレートの特長を兼ね備えており、比較的緻密で安定した保護層の形成が期待されています。
2. 電解液環境の最適化
高濃度電解液戦略：
LiFSIを高濃度で使用する電解液では、Li⁺とFSI⁻の配位が強くなり、自由溶媒分子が減少します。
このような溶媒和構造の変化により、アルミニウムを含む腐食生成物の溶解や移動が抑制され、LiFを多く含む安定した界面層の形成が促進されることで、アルミニウム腐食の抑制につながる可能性があります。
代替溶媒システム：
イオン液体を溶媒として使用することも、アルミニウム腐食を抑制する有効な方法の一つです。
イオン液体系では、アルミニウム－FSI錯体の溶解性が低下し、アルミニウム表面に比較的安定した界面層が形成されることがあります。
また、低誘電率のエーテル系溶媒を使用することで、一部の腐食生成物の溶解度を低下させ、腐食速度を抑制できる可能性があります。
3. 新型リチウム塩と保護コーティングの開発
新型リチウム塩の設計：
イミド系アニオンの分子構造を設計・改良することで、アルミニウムに対する腐食性を低減することも重要なアプローチです。
近年開発された一部の新型イミド系リチウム塩では、高電圧条件下におけるアルミニウムの安定性向上が確認されており、次世代電解液システムの開発に新たな可能性をもたらしています。
アルミニウム箔への保護コーティング：
アルミニウム集電体の表面を直接改質することも、有効な対策の一つです。
例えば、化学気相成長法（CVD）によって形成したグラフェン保護層や、MXeneを利用した表面コーティングは、FSI⁻とアルミニウム表面との直接接触を抑制する物理的・化学的バリアとして機能することが期待されています。
如鲲新材のLiDFOB生産能力および生産拠点
如鲲新材は、新エネルギー電池用電解液材料および電子化学品の研究開発、製造、販売に取り組むハイテク企業です。
当社の主力事業は、リチウムイオン電池用電解液に使用される新型リチウム塩および機能性添加剤の研究開発・製造に重点を置いています。
LiDFOBは、如鲲新材の主要なリチウムイオン電池用電解液材料の一つです。優れた皮膜形成特性を有し、電極表面に安定した界面皮膜を形成することで、電解液の分解を抑制し、高温サイクル安定性およびレート特性の向上に寄与します。
生産拠点
山東省済寧市（如鲲山東）
すでに稼働しており、現在、LiDFOBの主要生産拠点となっています。
江蘇省張家港市（如鲲江蘇）
現在建設・準備を進めており、今後の生産能力拡充を担う予定です。
現在、如鲲新材のLiDFOB年間生産能力は千トン規模に達しており、安定した大規模供給および納入体制を備えています。
