リチウムイオン電池の安全性を確保するためにセパレータ材料に必要な条件は何ですか？

リチウムイオン電池は、正電荷と負電荷の両方で構成されています。アノードにはプラスの電荷があり、カソードにはマイナスの電荷があることがわかります。これら 2 つの充電が衝突してバッテリー内部で短絡が発生しないように、これら 2 つの充電の間に壁を設ける必要があります。これは、アノードとカソードの間に分離を設置した場合にのみ可能です。リチウムイオン電池で使用される別の素材はプラスチックです。

ポリオレフィンは、リチウムイオン電池内のアノードとカソードの間のセパレータとして一般的に使用されるプラスチック材料です。密度範囲が 0.910 ～ 0.940 g/cm3 の低密度ポリエチレンです。

バッテリーが異なれば、その設計と製造材料に応じて異なるタイプのセパレーターが使用される場合があります。リチウムイオン電池に関しては、化学的安定性、熱安定性が高く、浸透または湿潤プロセスが行われる際の性能が優れているため、セパレータ材料はポリオレフィンでなければなりません。

ポリオレフィンはリチウムイオン電池をショートから守ります

リチウムイオン電池のアノードとカソードを分離する必要はありますか?答えは「はい」です。そうでなければ、どうやって正と負の電荷を遠ざけることができるでしょうか?いずれにせよ、これらの電荷がリチウムイオン電池内で自由に衝突すると、大混乱が発生します。

ショートが発生し、さらにバッテリー内部で火花が発生し、その結果がどのようなものになるかは想像できるでしょう。そのため、ポリオレフィンはマイナスとプラスの電荷を距離を保ち、衝突して反応しないようにします。

化学的安定性

リチウムイオン電池内のセパレーターとしてポリオレフィンが必要であることについて説明しましたが、セパレーター材料としてポリオレフィンはどのような特性を備えていなければなりませんか?そうですね、最も重要な特性の 1 つは、化学的に安定していなければならないということです。化学的安定性がないと、プラスとマイナスの電荷を帯びて反応します。したがって、リチウムイオン電池用のセパレーターとしては、化学的安定性が第一の要件となります。ポリオレフィンは熱可塑性であるため、化学的安定性を持っています。

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高温耐性

リチウムイオン電池内部では温度が上昇する可能性があるため、電子の動きが少し混乱します。この状況では、セパレータは、負電荷と正電荷、つまりアノードとカソードの間の距離を維持して安全を保ち、短絡を回避します。

セパレータには高温耐性が必要ですが、リチウムイオン電池では、これまでのところポリオレフィンが最適なセパレータです。極端な温度に対して高い耐性を持つ熱可塑性プラスチックです。

この特殊なプラスチックが、温度が摂氏 80 度に上昇した後でもその役割を果たせることに驚かれるかもしれません。摂氏90度までの温度に耐えることができるため、リチウムイオン電池に最適なセパレータ材料となります。適切な種類のセパレーターが取り付けられていれば、バッテリーが爆発することはありません。

柔軟かつ強靭

ポリオレフィンは柔軟性を持たせるプラスチックのセパレーター素材ですが、これはアノードとカソードの電荷を距離を保つ強度がないという意味ではありません。

ポリオレフィンは柔軟性がありますが、同時に丈夫でもあるため、リチウムイオン電池の内部回路を安全に適切な距離に保つのに役立ちます。セパレーターの柔軟性により、セパレーターを簡単に取り付けることができますが、この作業を実行する際には注意が必要です。

セパレータはリチウムイオン電池内のリチウムイオンセル間の最適な位置に設置する必要があります。セパレーター素材の取り付け作業には正確さと集中力が必要です。

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浸潤

セパレーターは、正電荷と負電荷が短絡を引き起こさないように最適な距離に保つ、リチウムイオン電池の重要な部品です。知っておくべきもう 1 つの重要な要素があります。それは、リチウムイオン電池の内部で起こる電解液の湿潤、または浸透と呼ぶこともできます。電解質の吸収は、イオン輸送のために行われる必要がある重要なプロセスです。

リチウムイオン電池の信頼性がより高くなるように、高イオン輸送には電解液が必要であるため、電池が電解液を吸収できる限界があることを知っておく必要があります。

セパレーターが浸透プロセスを抑制

電解質の吸収は、リチウムイオン電池内部でイオンを移動させる重要かつ非常に必要なプロセスです。バッテリーが電解液を急速に吸収するとどうなるでしょうか?バッテリー内で短絡を起こさない限り、このようなことは起こり得ないため、これは理想的ではありません。

ここでセパレータが登場し、バランスを保ち、電解液の浸透過程や湿潤過程をチェックします。

バッテリーは電解液を最適に吸収する必要があり、セパレーター材料であるポリオレフィンが余分な電解液を吸収します。

セパレーターが電解質を吸収すると、内部抵抗のバランスをとるのに役立ちますが、リチウムイオン電池内の内部抵抗は低くなければなりません。これは高いイオン生産性をもたらし、リチウムイオン電池を改善し、高い性能を保証します。

熱安定性

上で述べたように、ポリオレフィンは熱可塑性プラスチックであり、リチウムイオン電池内部の温度に耐えられる熱安定性を備えています。ポリオレフィンは温度に対する耐性が高いため、理想的なセパレーター材料となります。リチウムイオン電池内部の温度は、他のプラスチックが溶けて溶けてしまう危険なレベルまで上昇する可能性があります。

ポリオレフィンでは、長時間であれば摂氏 80 度までの温度に耐えることができ、それより少し低い場合には摂氏 95 度までの温度に耐えることができるため、このようなことは起こりません。ポリオレフィンの熱安定性は想像できると思いますが、これは極端な温度下でアノードとカソードを離すのに最適なセパレータ材料となります。

最後の言葉:

リチウムイオン電池のセパレータ材料は重要な役割を果たします。そうしないと電池内部で短絡が発生する可能性があるからです。上で読んだように、適切なセパレーターは陰極と陽極を距離を保ち、電荷が衝突しないため、短絡が発生する可能性はありません。上で説明したすべての品質を備えた適切なセパレータ材料を選択する必要があります。