単層カーボンナノチューブ（SWCNT）導電材料の分散
カーボンナノチューブ（CNT）は、バッキチューブとしても知られ、グラフェンが特定のらせん角度で中心軸の周りに巻き取られて形成される一次元量子材料です。これらは1991年に飯島澄男氏によって初めて発見されました。CNTの長径比および炭素純度は、その導電性に影響を及ぼす2つの重要な指標であり、製品性能を直接左右します。カーボンナノチューブの直径が小さく、長さが長いほど、優れた電気伝導性を示します。
カーボンナノチューブは、グラフェンのシートを巻き上げた構造と見なすことができます。そのため、グラフェン層の数に基づいて、次のように分類されます：単層カーボンナノチューブ（SWCNT）および多層カーボンナノチューブ（MWCNT）。
単層カーボンナノチューブ（SWCNTs）の商業的優位性
1. 簡単な構造と化学的安定性 マルチウォールカーボンナノチューブ（MWCNT）の形成過程では、層間の空間がさまざまな欠陥のトラップサイトとなりやすい。一方、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）は、よりシンプルで均一な構造を持ち、欠陥も少ないため、化学的安定性が高くなる。
2. 低用量で優れた導電性 高い長径比（長さと直径の比）を持つため、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）は極めて低い含有量でも三次元的な導電ネットワークを形成することができます。また、単一層の炭素原子から構成される各SWCNTは、そのキラリティ（らせん構造）に応じて金属的または半導体的特性を示します。さらに、強固な炭素-炭素結合により、優れた電流伝導能力を発揮し、その電流密度は銅などの金属よりも1,000倍以上にも達することが可能です。
3. 高熱伝導性 SWCNTsの単位質量あたりの熱伝導率は、MWCNTsよりも高い。また、両方のナノチューブは750°Cを超える高温にも耐えることができる。
4. より強化された安全性能 高温サイクル（45°C）を長時間繰り返したポーチセルにおいて、SWCNTを含むセルは他の導電性材料を使用したセルに比べ、デンドライトの成長が著しく抑制されています。この結果、バッテリー火災のリスクが大幅に低減することが示唆されます。
5. 改善された電極接着性 SWCNTネットワークは、電極内における活性材料粒子同士を結合し、粒子間の接着力を強化します。この特性は、サイクル中に粉砕や剥離が生じやすいシリコンベースのアノードにとって特に重要です。
リチウムイオン電池産業の急速な発展に伴い、カーボンナノチューブ（CNT）はその広範な応用価値をますます示しつつあり、特に正極および負極双方の電気伝導性を向上させる導電性添加剤として注目されています。
リチウムイオン電池産業の急速な発展に伴い、カーボンナノチューブ（CNT）はその広範な応用価値をますます示しつつあり、特に正極および負極双方の電気伝導性を向上させる導電性添加剤として注目されています。
導電助剤はリチウムイオン電池において重要な補助材料であり、主な機能は電極の導電性を向上させることにあります。一般的に、正極活物質には固有の電気伝導性が低いという課題があります。このため、電極内部の内抵抗が高くなり、放電深度が不十分となる結果、活物質の利用効率が低下し、残存容量が増加することにつながります。
導電性添加剤は、いくつかの重要な役割を果たします。
① 電子輸送の強化 電極内の電子輸送速度を向上させ、結果として全体的な電気伝導性を改善します。
② イオン移動と寿命の向上 電解液による電極への濡れ性を向上させ、リチウムイオンの移動速度を加速します。これにより、電極の充放電効率が改善され、サイクル寿命も延びます。
③ 導電ネットワークの維持 カソード内の活性材料が充放電サイクル中に膨張・収縮を繰り返す際、導電性添加剤は強固な電気ネットワークを維持し、本来失われてしまうはずの導電性を保持します。
現在、主流の導電性添加剤には、カーボンブラック、カーボンナノチューブ（CNT）、導電性グラファイト、蒸着成長型カーボンファイバー（VGCF）、グラフェンなどがあります。
従来の導電性添加剤と比較して、カーボンナノチューブ（CNT）およびグラフェン系導電性添加剤は、優れた電気伝導性と低用量での使用が可能な点で際立っています。カーボンブラック、導電性グラファイト、VGCFなどの従来型添加剤は、正味材料粒子間で点接触、表面接触、または線接触による導電ネットワークを形成します。一方、カーボンナノチューブとグラフェンはそれぞれ線接触および表面接触の導電ネットワークを構築する新しいタイプの導電性材料です。
投与量に関しては、導電性添加剤の充填率はバッテリー製造メーカーの特定の電気化学システムに依存しますが、通常、正極または負極の全重量の1%から3%の範囲内となります。これに対し、CNT導電性添加剤粉末の必要量は、従来の添加剤に比べてわずか6分の1から2分の1程度にとどまります。
高性能電池の市場需要が引き続き高まる中、ハイニッケル正極やシリコン系負極などの新技術の導入とそのコスト効率の向上により、カーボンナノチューブ（CNTs）の市場浸透率は急速な成長が見込まれています。CNTsは、エネルギー密度、サイクル寿命、充放電能力など、バッテリー性能を総合的に向上させることができ、下流のニーズに非常に適合しています。
強化されたエネルギー密度 CNTsの必要用量は、従来のカーボンブラックに比べてわずか1/6から1/2で済みます。これにより、電極全体の質量が効果的に削減され、結果として活性材料の質量比率が向上し、バッテリーのエネルギー密度が高まります。
2. 延長されたサイクル寿命 高いアスペクト比により、CNTはカソード材料と強固な導電ネットワークを形成します。これにより、粒子間の接続が強化され、材料のひび割れや剥離を防ぐことができ、結果としてバッテリーのサイクル寿命が延びます。
3. 高速充電機能の向上 CNTsの優れた電気伝導性は、バッテリーの極化を低減し、その高出力特性を向上させることで、急速充電性能を強化します。
4. 高低温性能の最適化 CNTsの高い電気伝導率は、電極の内部抵抗を低減し、発熱を抑える効果があります。また、その優れた熱伝導性により、高温および低温環境下でのバッテリー性能が向上し、全体的な安全性も強化されます。
単層カーボンナノチューブ（SWCNT）は、新たな導電性材料として広範な応用が期待されています。ただし、SWCNTの分散品質は、最終的な材料性能に大きく影響を与える重要な要素です。
この課題に対処するため、私たちはZYTR-120E-450三ロールミルを用いて、これらの材料の均一な分散を実現します。ZYR三ロールミルは、水平方向に配置された3本のローラーが生み出す圧縮力、逆回転および速度差による強烈なせん断力を活用し、効果的な研磨・分散作用を達成します。さらに、精密なギャップ制御により、材料の表面形状を損なうことなく、効果的なデアグロメレーションを可能にします。
ケーススタディ：
クライアント名：SYHJ
使用機器：ZYTR-120E-450 三ロールミル（ジルコニアローラー搭載）、セラメットスクレーパーブレード、ニコン光学顕微鏡
使用材料：単層カーボンナノチューブ（SWCNTs）
目的：本機による三ロールミル加工により、材料のより均一な分散を実現すること。
手順：
1. クライアントが提供したプレミックス材料は、ZYTR-120E-450 三ロールミルを用いて複数回にわたり処理されました。
2. ミリング後、サンプルを採取し、溶剤で希釈したのち、顕微鏡下で観察を行った。
実験データ：
顕微鏡は400倍に拡大しました。
写真の研磨
結果分析：
ZYTR-120E-450三転子ミルによる研磨・分散処理後の材料の凝集が著しく低減されていることが、顕微鏡観察から明らかである。
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