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  • 01_研究開発

    産学官連携で進めるリチウムイオン電池「評価技術」の開発

    技術開発部

    田中 聡

    理工学部 工業化学科卒業 2001年入社

    技術開発部

    田中 聡

    理工学部 工業化学科卒業 2001年入社

    新材料開発になくてはならない「評価技術」。産学官連携でそのシステム構築に取り組む。

    “密室”の中で、何が起きているのか?

    より高い性能と安全性を目指して、新しい電池材料が毎日のように開発されています。田中化学研究所もそんな電池材料メーカーの一社です。新しい素材を使ったり、組成や物性に工夫を施したり…と日々、新しい電池材料をつくり出しています。
    しかしそうして開発された材料が、どのような性能・機能を発揮してくれるのか。それはその材料を使って実際に電池をつくってみるまで分かりません。電池は通常、金属などのパッケージの中に正極材料・負極材料・セパレータ・電解液などを閉じ込め、化学反応を起こすことで発電するのですが、そのメカニズムは極めて複雑なものです。電池という“密室”の中で、材料は化学反応しながらどんどん変化していきます。反応の際に発生するガスも影響を及ぼします。また材料の種類によっても反応の仕方が大きく変わってきます。だから新しく開発された材料のポテンシャルを知るためには、実際に電池をつくってみる必要があるのです。
    けれどいきなり工場で電池をつくるわけにはいきません。そこで実際の電池と同等の変化を起こせる“密室”をつくり、その中で化学反応を起こしながら、材料がどのように経時変化していくのか、どんな性能を発揮するのかを計測・評価する必要があります。密室の中で起きているメカニズムを解明し、新しい電池材料の性能と機能を評価することーーそれが今、私のやっている仕事です。

    材料開発の鍵を握る評価技術

    電池の材料開発にとって「評価技術」は極めて大きな意味を持ちます。当社はこれまで何段階ものステップを経て、ようやく現在の水準にまで到達することができました。最初は電池の材料のひとつとなる「正極材料」だけを評価する「電極評価システム」を構築。その後数年にわたって「電気化学評価」に関する経験とノウハウを積み重ね、2011年から福井大学と連携してようやく「電池評価システム」を構築できる段階にまで到達したのです。電池を構成する「電極=パーツ」レベルから「電池=完成品」レベルで、材料が電気化学的にどのような挙動を示すのかを把握できるようになりました。

    新材料開発のスピードアップに貢献

    電気自動車やハイブリッドカーの普及に伴い、何度も充放電できる「二次電池」の技術開発には世界の熱い視線が注がれています。長時間安全に使える電池、何度も繰り返し使える電池、より大きなパワーを発揮できる電池…そのために日々、新しい材料が生み出され、材料に適した電池評価が検討されています。「評価技術」はそうした開発行為を支援する上で、なくてはならない技術なのです。
    今後はこの「電池評価システム」をさらに実際の電池のレベルに近づくようブラッシュアップすること。密室中のメカニズムをより精緻に分析する手法を構築することで、新材料開発をサポートしていきたいと思います。

  • 02_技術開発

    ニッケル水素電池の性能アップ。新しい正極材料の開発。

    技術開発部

    須田 幸恵

    工学部 生物応用化学科卒業 2006年入社

    技術開発部

    須田 幸恵

    工学部 生物応用化学科卒業 2006年入社

    新材料の開発、量産移行、客先との渉外までものづくりの全てに関われる楽しさ。

    ある日は営業技術として客先へ

    当社が取り扱う二次電池材料を大きく分けると、「ニッケル水素電池」と、「リチウムイオン電池」の2つがあり、私はニッケル水素電池の開発を担当しています。
    現在、私が抱えているテーマは2つ。ひとつはハイブリッドカーに搭載されているニッケル水素電池の正極材料。それまで使われてきた製品のバージョンアップ版で、高容量、充放電を繰り返しても性能劣化が少ないなどの特性を持っています。この新しい正極材料を量産工程に移すための作業をしています。当社で開発した製品のプロトタイプをベースに、製造条件をいろいろと変えながらサンプルを試作し客先へ提出。客先はサンプルの性能評価を行ない、その結果をもとに討議し、次サンプルを試作する…こうして量産のための諸条件を詰めているところです。営業担当者と同行し客先へ出張することも多い、いわゆる「技術営業」としての仕事も行っています。

    ある日は開発者として新製品開発に

    もうひとつは家電店などで売られているニッケル水素電池の新材料開発。従来の製品より充放電回数が多い、充電後の持ち時間も長い、そんな電池材料(正極材料)の開発です。異種元素を添加したり、中和共沈の条件を変えたり…さまざまなアプローチで、これまでにない性能を持つ正極材料の開発に取り組んでいます。完成したあかつきには、この材料が使用された新しい電池が、家電量販店などの店頭に並ぶはず。その日を夢見て頑張っています。

    ものづくりに一貫して関われる会社

    このように私は今、技術営業と開発者という2つの役割をこなしていますが、このように職域を限定せず、ものづくりに携われるのが当社の特徴です。
    私も入社してから様々な仕事を経験してきました。最初にやった仕事は実験室での原料溶解条件の効率化検討。次は工場での原材料リサイクル。ここで初めてプラントの制御盤を触りました。次はハイブリッドカー向け電池材料の工程管理。その次はリチウムイオン電池材料の焼成工程。製造技術担当としてラボスケールからプラント量産への移行を担当。そして現在、先述した2つの仕事を担当しています。
    ラボでの実験や新材料の開発から、客先との打ち合わせ、そして工場でのプラント操作まで、様々な仕事を経験してきました。通常、化学系のメーカーでは実験・開発系と工場・生産系の職域が分けられているのですが、そこを自由に往来できるところが当社の良さだと思います。イノベーティブな製品開発にとって研究開発/量産の垣根を取り払ったものづくり体制はとても有効だと思いますし、この双方に携わることで、総合的に自分を高めていくことができます。ものづくりに携わっていきたい、自分の手で新しい製品をつくり世界に出していきたい…そんな人にとって理想的な職場環境なのではないでしょうか。

  • 03_技術開発

    リチウムイオン電池材料の高密度化に挑む

    技術開発部

    飯田 恭崇

    理学研究科 生物科学専攻修了 2010年入社

    技術開発部

    飯田 恭崇

    理学研究科 生物科学専攻修了 2010年入社

    粒子制御技術を駆使。ナノレベル領域で粒子形状をコントロールする。

    開発した製品が世に出る醍醐味

    この会社に入社したのは、電池の将来性、特にリチウムイオン電池の可能性に注目したからです。また人間社会にとっても、化石燃料から電池へのシフトは意義のあること。けれども電気自動車などで実用に供するためには、もっと強い力が必要だし、航続距離も伸ばす必要がある。それは技術者としてブレークスルーし甲斐のあるテーマだと思ったからです。
    田中化学研究所で仕事をする面白さは、研究から量産までを、開発者が一貫してやること。自分で開発した製品は最後まで責任をもって量産まで面倒を見る。私も入社してから新製品を開発・量産し世の中に送り出してきました。開発の面白さと、ものづくりの面白さ、両方を実感できる職場だと思います。

    粉体工学の知見を応用して

    電池の性能は正極材料の材料の組成・物性、そして充填率によって変わってきます。今私が取り組んでいるのは充填率を高めること。これまでは材料粒子の微細化、真円化によって充填率をアップしてきましたが、いま取り組んでいる新製品はそれをさらに超えるもの。粒子同士の最密充填を実現し、正極材料のさらなる高密度化が可能となれば、電池の高容量・コンパクト化にもつながるーーそんな構想で取り組んでいます。
    当社が得意とする結晶化や中和共沈などの技術に加え、粉体工学をはじめ広範囲の様々な科学技術、工業技術の知見が必要となってくるでしょう。学会に出席したり展示会に行ったり、いろんなところから情報を収集しながら開発を進めている最中です。やがて私のつくった材料で走る電気自動車を見る日も近いと思います。

  • 04_研究開発

    ハイパワー・高容量の二次電池正極材料・前駆体の開発

    技術開発部

    中尾 公保

    工学部 電気系工学修了 2012年入社

    技術開発部

    中尾 公保

    工学部 電気系工学修了 2012年入社

    これまでにないハイパワー・高容量の電池を目指し、次世代型「正極材料」開発に挑む。

    兵庫から福井へ

    生まれも育ちも大学も兵庫県。福井県は縁もゆかりもない土地でしたが、これまで学んできたことを活かせる仕事をしたくて、この会社に就職しました。
    大学では電子素子について学び、大学院での3年間は電池について研究。中でも「正極材料」がメインの研究テーマでした。研究室では企業との共同研究も行っており、そのうちの一社が田中化学研究所。だからこの会社のことは学生時代から知っていました。
    正極材料は電池の性能を左右するキーマテリアル。しかしこれを扱っている会社は少ない。電池、特に充放電できる二次電池の有用性は今後ますます高まっていくでしょう。新しい正極材料を開発できれば、電池の性能アップを通じて社会にも貢献できる。そんな思いもあって当社への就職を決心し、福井県にやって来ました。

    次世代型正極材料の開発

    私がいま取り組んでいるのは、車載用リチウムイオン電池の正極材料、その「前駆体」の開発です。リチウムイオン電池の充電と放電は、リチウムイオンが正極と負極の間を移動することで行われます。その時リチウムイオンを出し入れするのが正極活物質で、その性能を決めるのに重要な役目を担っているのが前駆体です。前駆体とは、コバルトなどさまざまな金属の水酸化物で、これを原料としてリチウムと化学反応させることによって活物質を合成するのです。電池の性能は正極材料が決め、正極材料の性能を決める大きな要素が前駆体というわけです。

    電気自動車に搭載予定

    私がいま開発している前駆体は、数年後に発売される電気自動車やプラグイン・ハイブリッド車への搭載が予定されています。これら車載用電池の目下の課題は「パワー」と「容量」のさらなる向上。現在のハイブリッド車では、電池でのモーター走行はあくまでもエンジン走行をアシストする補助的なもの。将来の電気自動車ではもっと大きなパワーが必要とされます。一方、電気自動車の方はフル充電での走行距離はせいぜい200数十㎞。これをガソリン車並みの500㎞にまで高める必要があり、そのためには電池の充電容量をもっと上げる必要があるのです。

    ナノの精度で形状をチューニング

    電池の容量は、素材となる金属に依存します。こちらについてはコバルト・ニッケル・マンガンを組み合わせた三元系材料の開発によってアプローチ。もう一方のパワーについては前駆体の粒子の形状コントロールによってアプローチしていきます。
    パワーは正極材料の表面積によって決定づけられます。すなわち1立方㎝のパッケージがあったとして、その中に詰め込んだ粒子の総表面積をいかに大きくしていくか。形状はできるだけ正球に近いほうがいいか。粒子の大きさは揃っている方がいいか?それとも大きな粒子の空隙を小さな粒子が埋めるような構成にすべきか?粒子の表面は平滑がいいか、あるいは凹凸を設ければさらに表面積を増やせるのではないか…こうした形状チューニングをナノレベルの精度で行っていくのです。
    近い将来、私が開発に携わった電池を載せた自動車が、日本の道路を走ります。その姿を想像しながら、今日もナノの世界との格闘を続けています。