- 2022-12-23
- 化学・素材系, 研究・技術紹介, 電気・電子系
- ACS（Aramid Coated Separator）, CCS（Ceramic Coated Separator）, EV, GREEN×GLOBE Partners (GGP), SDGs（Sustainable Development Goals：持続可能な開発目標）, SSLM（株）, Sumika Sustainable Solutions（SSS）, カーボン（C）, コバルト酸リチウム（LiCoO2）, ニッケル水素充電池, パリ協定, ペルヴィオⓇ, ポリオレフィン（PO）, リチウムイオン二次電池, リチウムイオン充電池用セパレータ, 三井住友フィナンシャルグループ, 住友化学株式会社, 国連気候変動枠組条約締約国会議（COP21）
住友化学株式会社 電池部材事業部 部長 三井 慎一氏
GREEN×GLOBE Partners (GGP) は、三井住友フィナンシャルグループが運営する環境・社会課題解決のためのコミュニティです。環境・社会課題解決の「意識」と「機会」を流通させることを目的として活動するGGPとの連携企画として、GGPパートナー各社へのインタビューを通して、サステナブルな取り組みを広く情報発信いたします。
第4回は、住友化学株式会社の持続可能な社会の実現に向けた取り組みである「Sumika Sustainable Solutions（スミカ・サステナブル・ソリューション）について、同社レスポンシブルケア部担当部長の藤田 正行氏に概要をご紹介いただきます。そして同制度の具体的な認定事例としてリチウムイオン充電池用セパレータ「ペルヴィオⓇ（以下、ペルヴィオ）」を取り上げ、同社電池部材事業部 部長 三井 慎一氏に、ペルヴィオの紹介とその解決する課題について、電池部材事業部としての今後の取り組みなどを伺います。（執筆：後藤銀河 写真・資料提供：住友化学株式会社）
- SDGsへの貢献と早期社内普及を目指し、2016年度から社内認定制度をスタート
- リチウムイオン二次電池の安全性を高めるセパレータ「ペルヴィオ」
- 独自構造で熱暴走を防ぐ耐熱セパレータを開発
- 今後について
SSSの事務局として活動を推進する、同社レスポンシブルケア部 担当部長の藤田氏
SDGsへの貢献と早期社内普及を目指し、2016年度から社内認定制度をスタート
［藤田氏］住友化学グループとして、2016年から温暖化対策、環境負荷低減などに貢献する製品・技術を自社で認定する制度の運用を開始しています。ちょうど2015年に開催された国連気候変動枠組条約締約国会議（COP21）で採択された「パリ協定」が発効したタイミングです。当時はまだ、SDGs（Sustainable Development Goals：持続可能な開発目標）という言葉もほとんどの人が知らない状況でしたが、SDGsを社内に普及させつつ、うまくビジネスと結びつけようということで、このSumika Sustainable Solutions（トリプルエスと呼称、以下、SSS）が始まりました。
SSSは住友化学グループ全体の取り組みと位置付けて、SDGsの達成に取り組んでいる。 資料提供：住友化学株式会社
［藤田氏］SSSは
１、「事業を通じたSustainableな社会の実現への積極的な貢献」
２、「Sustainabilityへの貢献の『見える化』による社員の意識向上」
３、「Sustainabilityを軸にした将来の成長機会を、 投資家をはじめ社会に向けて積極的に情報発信」
これら3つを大きな目的として設定しています。
SSSへの認定は、私たちレスポンシブルケア部が事務局となり、各事業部門や国内外のグループ会社から申請された技術や製品を確認し、認定委員会での審議、外部の有識者による検証を行います。認定の審査においては、「気候変動対応」「環境負荷低減」「資源有効活用」「その他、サステナブルな社会の構築に貢献するもの」という4つの分野を設け、それぞれ認定要件を設定し、SDGsの17の目標との関係を明確にしながら進めています。2022年9月時点では、66の製品・技術が認定を受けています。
弊社はBtoBが主軸の企業で、以前は社員からも「自分たちが作った製品が社会でどのように使われているのか、役に立っているのか分からない」という声が挙がっていたのですが、今では各事業部門や工場、グループ会社の社員たちから、自主的に多くの申請、問い合わせがくるようになり、社内のSDGsに対する意識の向上を実感しています。
また、当社ではこれら認定製品の売上収益をKPIとして位置付け、進捗をモニタリングしています。具体的には、認定製品の売上高は、活動開始当初2,800億円程度でしたが、2021年末に倍増の5,600億円を目標に取り組み、6,200億円の売上を達成しました。今後の目標は、2030年度までに現在のさらに倍である、1兆2,000億円の売上を目指すという、高い目標値を掲げています。
今後は、SSSをブランド化し認定製品に付加価値をつけていくこと、SDGsに貢献できるSSS認定技術・製品を多くのお客様に活用いただくこと、そして、新しい用途に向けた更なる認定製品を社内で見出していくことに取り組んでいきます。
今回は、SSSに認定された製品から、リチウムイオン充電池用セパレータ「ペルヴィオ」をご紹介します。
ペルヴィオはSDGsゴール7番と13番に貢献する製品として、SSSが開始した2016年度の初回認定製品の一つです。
リチウムイオン二次電池の安全性を高めるセパレータ「ペルヴィオ」
住友化学株式会社 電池部材事業部 部長 三井 慎一氏
［三井氏］ペルヴィオは、リチウムイオン二次電池内部の部品として使われている製品です。初めに、リチウムイオン二次電池の概要についてご説明します。
電池には大きく分けて2種類のタイプがあり、一つは乾電池のように充電できない一次電池と呼ばれるもので、もう一つが充電して繰り返し使える二次電池です。二次電池としてよく知られている代表的なものとして、自動車の電装用バッテリーとして使われている、やや大型の鉛蓄電池があります。小型二次電池では、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池などが古くから使われてきましたが、現在これらにとって代わって、スマートフォンやノートブックPCなどに広く使われるようになってきているのが、リチウムイオン二次電池です。
リチウムイオン二次電池の第一の特徴は従来のニッケル水素充電池に比べて約2倍という高いエネルギー密度です。これは同じ体積中により多くのエネルギーを蓄えられるという意味で、一回の充電でより長く使用できるということです。他にも自己放電率が低いことや、充電に制限がかかるメモリー効果という現象がないこと、長寿命だという特徴などもあり、家電製品や携帯電話などの小型電池用途で広まっていきました。最近になって、電気自動車の駆動用バッテリーに使われ始め、生産量は急速に拡大してきています。また、太陽光発電や風力発電などの、再生可能エネルギーを貯蔵しておくなどの電力用途でも注目されています。そのため、電池はより大型化してきています。
次にリチウムイオン二次電池の構造ですが、正極（電池のプラス側）材料としてリチウムを含む金属酸化物、一例としてコバルト酸リチウム（LiCoO2）が使われていて、負極（電池のマイナス側）材料としてはカーボン（C）などが使われています。このリチウム遷移金属酸化物からリチウムをイオンとして引き抜いて、カーボンの隙間に溜まるのが充電された状態で、電池が放電されるとイオンが金属酸化物の中に戻っていき、その時に電子が放出されます。これが充放電の仕組みです。セパレータとは、この正極材料と負極材料を分離し、リチウムイオンをやりとりするための空隙があるフィルム（微多膜）で、ポリオレフィン（PO）からできているものが一般的です。
リチウムイオン二次電池の中でのセパレータの役割は、主に3つあります。一つは、正極と負極が接触してショートしないようにする「電極の隔離(絶縁)」 、そして絶縁しつつも充放電のためにリチウムイオンは通す必要があることから「リチウムイオンの透過」 、最後に、正極と負極の間にあって構造的に電解質を保持するという「電解液の保有」になります。
加えて、POタイプのセパレータには「シャットダウン機能」という特徴的な役割があります。例えば、電池に異物として紛れ込んでしまった金属が析出してしまい（デンドライトと呼ばれる）、正極と負極を内部短絡させてしまう、不良現象がありえます。短絡が生じると発熱し、そのまま高温になりすぎると電池が破裂、発火する危険があります。シャットダウン機能とは、初期の発熱でセパレータの空隙部を溶融させて塞ぐことで、それ以上の発熱や発火を防ぐという機能です。ただ、短絡電流が大きく、セパレータのシャットダウン機能を上回る速度で内部温度が上昇してしまうと、セパレータが破膜して大電流が流れ、発火に至る熱暴走を引き起こすという安全上の大きな懸念は残ります。
独自構造で熱暴走を防ぐ耐熱セパレータを開発
住友化学が開発したセパレータ「ペルヴィオ」 画像提供：住友化学株式会社
［三井氏］弊社のセパレータ「ペルヴィオ」の特徴は、PO微多孔膜へ、アラミドという耐熱性の非常に高いポリマーを積層させたことにあります。こうすることで、万一PO溶融温度以上の異常高温になっても、アラミド繊維が絶縁を維持して熱暴走のリスクを低減するのです。
弊社は、1990年代初頭に筑波研究所にて耐熱セパレータの開発を開始し、2006年にペルヴィオとして商品化し、大江工場(愛媛県)での生産・販売を開始しました。
ペルヴィオは、弊社が長年培ってきた有機合成技術とポリマー成形加工技術を駆使して、ポリオレフィン基材とアラミド耐熱層を組み合わせるという独自構造を実現し、その性能と信頼性で高い評価を頂きました。発売当初は、ノートパソコンの電池に採用され、その後、携帯ゲーム機やデジタルカメラなどの小型電子機器にも採用されました。大きな転機となったのは、2011年に電気自動車に搭載されたことです。これをきっかけに大江工場の生産能力も増強を図りました。
ペルヴィオはリチウムイオン二次電池向けセパレータとして、今後世界的に拡大していくEVの普及に貢献したいと考えています。日本ではEVはまだこれからの技術だという感覚もあるかもしれませんが、例えば北欧のフィンランドやノルウェーでは、2021年で自動車の半分近くがEVになっています。また、世界最大の自動車市場となった中国でも、EVのシェアは大きく拡大しています。こうした状況を見据えて、2016年には韓国のSSLM（株）という子会社にセパレータ工場を新設し、生産能力を飛躍的に高め、需要拡大に対応しており、同社でのさらなる増強計画も進行しています。
小型電子機器用、自動車用以外でも、パワー系と呼ばれる分野が最近伸びてきています。これは電子機器などの弱電系のものとは異なり、より大きな電流を流す製品、例えば家庭用コードレス掃除機や、電動工具、ガーデニングツール、こうした用途の電源がどんどんリチウムイオン電池に置き換わっており、パワー系でも私たちのセパレータの活用が進んでいます。さらに大電力を扱う電力用途もあり、再生可能エネルギー、自然エネルギーの蓄電用、電力の平準化や停電時のバックアップ電源用などへの、大規模な蓄電池として、リチウムイオン電池も使われています。こうした用途でも私たちのセパレータの活用を期待しています。
今後について
［三井氏］リチウムイオン二次電池の耐熱セパレータには、大きく分けてペルヴィオのようにアラミドをコーティングしたACS（Aramid Coated Separator）と、アルミナに代表されるセラミックをコーディングしたCCS（Ceramic Coated Separator）の2種類があります。CCSは比較的簡単な設備で製造できるため、セパレータメーカーのほとんどはCCSタイプを生産しています。
弊社は、今後拡大していく民生用や車載用途に貢献していきたいと考え、ACSの優れている点を訴求し、お客様にアピールしていくことをこれからのミッションとしています。
特に安全性において大切な耐熱性の高さはCCSと同等以上と評価いただいていますが、それ以外にもアラミドが非常に均一かつ、微細な空隙層を形成しているため、金属リチウムがデンドライドとして析出するのを抑制しやすいことも分かってきました。今後、電池がより高性能化していく中で、こうした特徴を活かして、リチウムイオン二次電池の高性能化と安全性の提供に貢献していければと願っています。
また弊社では、セパレータ以外にもリチウムイオン二次電池の正極材の研究・開発も重ねてきています。研究・開発の一例として、コバルトフリーの正極材があります。現在リチウムイオン二次電池で主流となっている正極材はコバルト酸リチウム（LiCoO2）やニッケル・コバルト・マンガン3元系（NCM系）などで、非常に希少な金属であるコバルトが使われています。コバルトを使わないコバルトフリーの正極材は業界から期待されています。また、正極材も早く量産・販売につなげ、電池部材としてセパレータに並ぶ事業に育て上げたいと考えています。
SSS認定製品として評価いただいているリチウムイオン二次電池用セパレータ「ペルヴィオ」ですが、主な使用用途はリチウムイオン充電池の安全性を高めるという、補助的な役割を持つ製品だと言えます。それに対して、充電池の正極材は、電池容量そのものに影響する、いわば主役の材料ですから、さらにSDGsに貢献する直接的な課題解決ができるでしょう。
弊社は総合化学材料メーカーですが、セパレータのように組み立て加工まで行う製品はそう多くはありません。2005年頃に、ペルヴィオの量産化開発の取り組みを始めたときは、化学工学系に限らず、機械工学系の知識を持つ社内のエンジニアを集めて事業を立ち上げました。私自身は電気工学の出身で、入社時は商品開発がやりたいという希望を出し、千葉の研究所に配属され、大学で学んだ専門分野とは異なるポリマーの研究に携わりました。その後、樹脂加工製品を扱う住化プラステック（株）という子会社で業務をすることになり、住友化学本体が扱っているポリマーを使った加工製品を開発・販売していました。そのときの経験や知識がペルヴィオの開発に活かすことができたと思っています。
学生の皆さんであれば学校で学んだこと、現役エンジニアの皆さんであればそれまで自分が培った技術や知識を、業務にそのまま活かせないことがあるかもしれません。ただ、これまでの経験からどういう状況に置かれても、自分たちの力で切り開いていくという意思を持ち、作りたい製品に向けて積極的に動いて提案していけば良いのだと、私は考えています。これからも、世の中の環境・社会課題の解決につながる製品開発に一層取り組んでいきたいです。
■取材協力
住友化学株式会社
事業を通じた貢献Sumika Sustainable Solutions（SSS）
ライタープロフィール
後藤 銀河
アメショーの銀河（♂）をこよなく愛すライター兼編集者。エンジニアのバックグラウンドを生かし、国内外のニュース記事を中心に誰が読んでもわかりやすい文章を書けるよう、日々奮闘中。
