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インクジェット印刷技術を応用したリチウムイオン二次電池のデジタル製造技術

~デジタル印刷で自由な形状の二次電池を製造~

背景

あらゆるモノがインターネットにつながるIoT(Internet of Things)時代やウェアラブル時代の実現には、それぞれのデバイスの使われ方や形に応じた二次電池が不可欠です。従来の電池製造は、少品種大量生産に適した方式でした。電池の大きさや形状が規格化されており、デバイスのデザインや性能が制限されていました。多様な形状や性能の二次電池を製造するためには、複数の製造ラインを持つか、時間がかかる製造プロセスの組み換えが必要となります。また、電極を切り出す際に、電極以外の部分に塗布された電極材料は廃棄されていたため、多くの無駄が生じる課題もあります。

画像:塗布部分の電極切り出しのイメージ

塗布部分の電極切り出しのイメージ

こんな事を解決

インクジェット技術を用いて充放電可能なリチウムイオン二次電池を自由な形状で製造する技術を開発しました。電池材料を、インクジェット技術を用いて狙った場所にデジタル印刷することで、様々な用途に応じた二次電池を、自由な形状で、無駄なく製造することが可能となります。これにより、デザインや性能の多様化が予想されるIoTデバイスやウェアラブルデバイス向けの電池製造に柔軟に対応できるようになります。

技術の特徴

リチウムイオン二次電池を構成する主要な部材である電極(正極と負極)やセパレータの材料をそれぞれインク化して、インクジェット技術を用いて狙った場所に重ねてデジタル印刷することで、形状の自由な二次電池の製造が可能となります。

画像:電池材料印刷のイメージ

電池材料印刷のイメージ

1. インクジェット印刷向け電池材料インクの開発

セラミックスの電池材料を混ぜ込んだ高粘度のペーストを塗工する、従来の電池製造を一新し、インクジェット印刷向けに、低粘度インクを独自開発しました。市場に出回る主要な電極材料や特殊なセパレータのインク化に取り組んでいます。

画像:1. インクジェット印刷向け電池材料インクの開発

各種電池材料インク

2. 自由形状、フレキシブルに有利な薄膜印刷

印刷データを変更するだけで任意の位置に自由形状で電極形成できます。
従来の塗工方式よりも薄膜化が可能であり、フレキシブルな電池にも対応できます。

画像:2. 自由形状、フレキシブルに有利な薄膜印刷

〇や△などの形状で印刷された電極例

3. 従来方式とのハイブリッド工法で機能を付与

インクジェット印刷は非接触方式の印刷方式です。このため、例えば、従来工法で塗工された電極を傷つけずに、安全性を付与する機能材料を狙った場所に重ねることができます。

画像:3. 従来方式とのハイブリッド工法で機能を付与

従来塗工方法とのハイブリッド工法の例

リコーの想い

リコーは40年以上にわたりインクジェット技術に取り組み続けています。紙や紙以外へのプリントによる「表示する印刷」にとどまらず、プリンティングにまつわる材料やプロセスなどの技術を組み合わせ、新たな価値を創造する「機能する印刷」にも注力しています。
本技術は、機能性材料のデジタル印刷により自由な形状の電池製造を実現することで「機能する印刷」を具現化する取り組みです。IoTデバイスやウェアラブルデバイスに向けた多種多様な電池提供をはじめとする、新たな価値を提供していきます。