EV向けナトリウムイオン電池実用化へ前進：乾式電極製造プロセスと高利用率Pre-sodiation技術

中国の同済大学、アルゴンヌ国立研究所などが主導したこの研究は、ナトリウムイオン電池（SIBs）のエネルギー密度を大幅に向上させ、製造コストを削減する画期的な方法を発表しました。それは、乾式電極製造プロセス（Dry-Processing、DP）と犠牲ナトリウムリッチ塩を用いたプレソディエーション（Pre-sodiation）を統合する戦略です。

この統合戦略により、プレソディエーションを行わないSIBsと比較して、エネルギー密度を82.5%向上し、サイクル寿命を200サイクル延長することに成功しました。

1. SIBsにおける容量損失と犠牲塩のメカニズム

SIBsがリチウムイオン電池に比べてエネルギー密度が低い主な理由の一つは、負極材料（特にハードカーボン）の**低い初期クーロン効率（通常60〜85パーセント）**にあります。

容量損失の原因: 初回充電時（最初のサイクル）に、負極上で電解質が分解し、固体電解質界面（SEI）膜が形成されます。このSEI膜の形成に大量のナトリウムイオン（Naイオン）が消費され、不可逆的な容量損失が発生します。これにより、利用可能なナトリウムイオン量が減り、電池全体の容量が低下します。
犠牲塩の役割（プレソディエーション）:
- Na+の供給: 正極材料に犠牲ナトリウムリッチ塩（例：シュウ酸ナトリウム Na2C2O4）を添加します。
- 分解による補償: 初回充電時に、この犠牲塩が分解し、多量のナトリウムイオン（Na+）を放出して電解液に供給します。
- メカニズム: このNa+は、負極のSEI形成で消費されたイオンを**補償（サプリメント）**します。これにより、正極のナトリウム在庫を失うことなく、不可逆容量損失が効果的に相殺され、電池の初期容量とエネルギー密度が大幅に向上します。

2. 乾式プロセス（DP）による技術的なブレークスルー

従来の溶媒ベースの**湿式（スラリーコーティング、SC）**製造法では、犠牲塩と導電剤の接触が不十分で凝集し、分解が不完全になるため、理論容量に達せず、プレソディエーションのメリットが最大限に活かせませんでした。

DP法は、この効率の問題を根本的に解決します。

完全な分解（高利用率）: DP法は、高速せん断混合とホットカレンダー処理を通じて、機械的および熱的効果を利用します。このプロセスで、犠牲塩粒子が塑性変形し、導電剤と均一に混合されて活物質（Na3V2(PO4)3、NVP）の周囲に緻密に分散します。この密接で永続的な電子伝導経路の構築により、厚膜電極（質量負荷54 mg/cm2）においても犠牲塩の理論分解容量を100パーセント達成しました。
構造調整とレート性能向上: 犠牲塩の分解時に生成するガス（CO2）が抜け、緻密なDP電極内に均一な空隙（細孔）を形成します。これにより、電極の多孔性（ポロシティ）が45.91パーセントから53.84パーセントに大きく増加し、イオン拡散が加速され、高いレート性能に貢献します。
製造の持続可能性と低コスト化: DP法は溶媒（NMPなど）を一切使用しないため、溶媒の回収・乾燥にかかる高エネルギー消費とコストを排除し、大規模で環境に優しい製造（ロール・ツー・ロール生産）を可能にします。