リチウムイオン電池セパレーターの物理化学的特性

製造プロセスの違いにより、リチウムイオンバッテリーセパレーターの一貫性は大きく異なることがあります。この一貫性には、閉鎖温度や電子顕微鏡で観察される孔径や厚さの一貫性などの内在的特性が含まれます。

リチウムイオン電池セパレーターの物理化学的特性

1. 湿潤性と潤潤率。分離器の湿潤性が低いと、分離器とリチウムイオン電池の両方の抵抗が増加し、サイクル性能やリチウムイオン電池の充放電効率に影響を与えます。分離体の濡れ性とは、電解質が分離器の微細孔に入る速度を指し、これは表面エネルギー、孔径、多孔率、トートゥオシティに関連しています。
2. 膜吸収率。リチウムイオン電池分離材は電解質として機能するため、以下の条件を満たす必要があります:イオンチャネルの妨げがなさること、そして高い液体吸収率。必然的に、バッテリーシステム内で多くの副作用が発生し、大量の電解質を消費します。したがって、十分な予備が必要です。そうしないと電解質不足を引き起こし、界面抵抗が増加し、電解質消費が加速し、悪循環を生み出します。したがって、流体分離体の吸収率は重要なパラメータです。
3. 化学的安定性。分離体は電解質内で長期間安定に保たれ、強い酸化還元条件下で電解質や電極材料と反応してはなりません。分離体の化学的安定性は、電解質の耐腐食性と膨張・収縮率を測定することで評価されます。
4. 熱的安定性。リチウムイオン電池は、特にショートや過充電時に充電・放電時に熱を放出します。したがって、温度が上昇しても、分離器は元の完全性と一定の機械的強度を維持し、正負極の絶縁やショート防止の機能を継続しなければなりません。
5. セパレーター抵抗。膜抵抗率とは、実際には微細孔内の電解質の抵抗率のことです。これは、多孔性、孔のトートゥオシティ、電解質の導電率、膜の厚さ、電解質の膜材料への湿潤性など多くの要因に関連しています。これは分離器抵抗のテストに一般的に用いられる交流インピーダンス方式です。フィルムは非常に薄いため、欠陥がしばしば存在し、測定誤差が増加します。そのため、多層サンプルを用いて平均値を取ることが多いです。
6. 自己隔離パフォーマンス。温度があるレベルを超えると、リチウムイオン電池内で発熱反応が起こり、自己加熱を引き起こします。さらに、充電器の故障や安全電流の故障、その他の問題は過充電や外部短絡を引き起こし、これらがかなりの熱を発生させます。熱可塑性ポリオレフィン素材のため、温度が高分子の融点に近づくと、多孔質のポリマーのイオン伝導膜が漏れのない絶縁層となり、回路を閉じてイオンが完全な回路を形成するのを防ぎ、バッテリーを保護します。したがって、ポリオレフィン分離器はバッテリーに追加の保護を提供します。

リチウムイオン電池におけるセパレーターの主な機能は、正極と負極を分離し、接触やショートを防ぐことです。さらに、電解質イオンが通過することも可能にします。分離器の品質はリチウムイオン電池の容量、サイクル容量、安全性に直接影響することが理解されています。したがって、優れたセパレーター性能はバッテリー全体の性能向上に不可欠です。