私たちの生活を支える電気自動車や医療機器、スマートフォン、そして再生可能エネルギーの蓄電システム。これらすべての原動力として、不可欠な役割を果たしているのが繰り返し充電できる「二次電池」です。現代の暮らしに欠かせない二次電池ですが、その進化と安定した製造をTHKの技術が支えていることをご存じでしょうか。今回は二次電池の製造ラインにおいて、THKのどのような製品が活躍しているのかを分かりやすくご紹介します。
拡大する二次電池市場と高まる需要
私たちの生活になくてはならない二次電池。現在その主流となっているのが、EVやスマートフォン、家庭用蓄電システムなどで幅広く活躍する「リチウムイオン電池」です。高い性能と豊富な実績を持つリチウムイオン電池は、今後も市場の主役として私たちの暮らしを支え続けていくと期待されています。
その一方で、次世代の二次電池として期待される新たなバッテリーたちも続々と登場しています。まず注目されているのが、EVの性能を飛躍的に高める可能性を秘めた「全固体電池」です。高い安全性、圧倒的なエネルギー密度、超急速充電といった夢のような特長を持ち、次世代EVの本命として開発が進んでいます。
もうひとつ、海水などの資源の豊富さを強みに持つのが「ナトリウムイオン電池」です。こちらはコストパフォーマンスに優れており、EVだけでなく大規模な定置用蓄電システムなどへの広がりが期待されています。
それぞれの強みを活かして「適材適所」に使い分ける時代へと移り変わりつつあります。こうした二次電池の需要拡大を背景に、世界各国で研究開発や生産への投資が加速しています。
出典：車載用・定置用：富士経済「エネルギー・大型二次電池・材料の将来展望2021／2016」
小型民生用：富士経済「2020電池関連市場実態総調査」
※いずれもLIB以外の電池を含む。一部、2018～2024年の年平均成長率から経産省試算。
引用：経済産業省、蓄電池産業の現状と課題について 電池市場の推移
https://www.meti.go.jp/shingikai/mono_info_service/chikudenchi_sustainability/pdf/001_s01_00.pdf
二次電池製造装置に求められる部品の仕様
二次電池の性能や品質、そして安全性を高いレベルで安定させるためには、それらを作る製造装置にも非常に厳しい環境条件が求められます。電池の製造に欠かせない、製造装置の部品一つひとつに求められる「4つの要素」が存在します。
- 低露点環境対応
二次電池の材料は水分を極度に嫌います。水分に触れると材料が劣化したり、ショートを起こしたりする危険があるため、湿度が極限まで低い低露点環境での稼働に耐える設計が求められます。 - 材質制限
電池材料と装置の部品が予期せぬ化学反応を起こすと、発火トラブルの原因になります。反応を起こさないための厳格な「材質の選定（制限）」が欠かせません。 - 低発塵・高耐食性
電池の内部にわずかでも塵や埃、錆などの摩耗粉が混じると、不良品や発火トラブルの原因になります。そのため、装置自体がそのような異物を出しにくい「低発塵性」や錆びなどの劣化に耐える「高い耐食性」が必須です。
このように、二次電池の製造ラインでは「水分を出さない」、「異物を出さない」、「腐食させない」「発火させない」という、妥協のない高い信頼性が求められています。
二次電池の製造ラインに貢献するTHK製品
THKでは二次電池の製造ラインに求められる仕様に応じた、さまざまな提案をご用意しています。その一部をご紹介いたします。
低露点環境への対応
低露点といわれる空気中の水分量が非常に少なく乾燥した環境下では、装置に使用されるグリースや樹脂部品の性能変化が課題となり、低露点環境を安定して維持するため、長期メンテナンスフリーへの要求も高まっています。THKでは、こうした厳しい環境に対応するため、AFFグリースや樹脂部品を用い、露点温度-80℃(-80℃dp)の環境で耐久性の評価を行っています。また、ボールリテーナはグリースの保持が可能なため、長期メンテナンスフリーに適しています。
材質制限への対応
二次電池の製造では、電池の品質や安全性を維持するため、装置に使用する材料にも制限があります。一部の金属材料では、電池内部へ混入することで電池性能を低下させ、機能的な欠陥や安全上のリスクにつながる可能性があるため、使用を避ける必要があります。電池材料と装置部品の化学反応を防ぐため、THKにおいても、お客様の要求に合わせて材質の選定や部品仕様の検討を行っています。例えば、グリースを給脂するためのグリースニップルや、ボールねじサポートユニット、電動アクチュエータで使用されるセットピースなどの部品についても、銅を含む材質からステンレス材やアルミ材へ変更することで、材質制限に対応しています。
低発塵・高耐食への対応
発火のリスクにも繋がるため、異物の混入や部品からの摩耗粉の発生を最小限に抑える必要があります。電池への異物の侵入を防ぐため、リテーナ仕様が適しています。ボールがボールリテーナにより保持されて循環する構造により、ボール同士の相互摩擦が無くなり、LMガイド内部からの摩耗粉の発生が低減されます。また、リテーナはグリースを保持する効果があるためグリースの飛散も少なくなり発塵が低減されます。潤滑においても適したグリースの使用が重要です。低発塵グリース「AFF」を使用することで、よりクリーンな環境に対応できます。
また、部品の腐食によって発生する錆や摩耗粉が電池内部へ混入すると、性能低下やショートにつながる可能性があります。そのため、高耐食性が求められる環境では、表面処理を施したり、部品の材質をステンレス材へ変更したりすることで、腐食による異物の発生を抑制します。THKでも、工業用黒クロム皮膜処理「AP-C」やステンレス製LMガイドをご用意しています。
次世代電池の製造を支えるTHKの技術
今回は二次電池の市場拡大の背景や製造工程における高度な要求に対応するTHK製品を解説しました。EVや再生可能エネルギーの普及に伴い、二次電池市場は今後もさらなる成長が期待されています。特に、高性能・高安全性が求められる全固体電池などの次世代電池の実用化が進むことで、製造環境や製造装置への要求もより高度になっていくと考えられます。
低露点・材質制限・低発塵・高耐食性など、厳しい環境に対応するための技術が重要となる中、THKも製品の材料・グリース・表面処理などの技術を進化させ、二次電池の安定した生産を支えていきます。二次電池製造に関するお困りごとがございましたら、ぜひTHKにお問い合わせください。