ダイアフラムがリチウムバッテリーに与える影響 |アロ横隔膜
ダイアフラムがリチウムバッテリーに与える影響
厚さ
厚さは内部抵抗に関連しており、薄いほど内部抵抗は小さくなり、高出力の充放電を実現します。一定の機械的強度の下でできるだけ小さく、穿孔強度が厚ければ厚いほど良いです。消耗型リチウムイオン電池の場合、セパレーターの厚さの標準として一般的に25μmが用いられます。しかし、携帯型製品の需要増加に伴い、16μm以下の薄いダイアフラムが幅広い用途で使用され始めています。パワーバッテリーの場合、組み立て過程の機械的要件により必要なダイアフラムが厚くなり、安全性はパワーバッテリーにとって非常に重要であり、厚いダイアフラムは安全性の向上を意味します。
ダイアフラムの厚さの均一性は特に重要な品質指標であり、外観の質やダイアフラムロールの内部性能に直接影響します。生産過程では厳格に管理されなければなりません。高度に自動化されたダイアフラム生産ラインでは、ダイアフラムの厚さは高精度なオンライン非接触厚さ計と高速フィードバック制御システムによって自動的に検出・制御されます。ダイアフラムの厚さ均一性には、縦方向の厚さ均一性と横方向の厚さ均一性が含まれ、特に横方の厚さ均一性が重要であり、一般的に±1ミクロン以内で制御することが求められます。
アパーチャ
リチウムバッテリーの分離器材料自体は微細孔質構造を持ち、分離器全体の微細孔の分布は均一であるべきです。現在使用されている電極粒子は一般的に10ミクロン程度で、孔径は一般的に0.03〜0.12umです。孔径が小さいと抵抗が増し、大きすぎると陽極と負極が簡単に接触したり、樹状突起によって突き刺さったりショートしたりします。一般的に、サブミクロンの孔径膜は電極粒子の直接通過を防ぐのに十分です。もちろん、電極表面処理の不備によるマイクロショートや粉塵の増加などの問題も排除できません。
孔隙率
多孔率とは、単量体フィルムの体積における孔の割合であり、これは原料樹脂とフィルムの密度に関連しています。孔隙率の大きさは内部抵抗と一定の関係がありますが、異なる種類の膜間の間隙率の絶対値は直接比較できません。既存のリチウムイオン電池分離装置の孔隙率は40%〜50%の間です。
呼吸性抵抗
理論的には、ダイアフラムはバッテリーの必須部品ではありません。将来的には工業生産に対応するために追加される予定です。したがって、ダイアフラムは非常に重要な性能を満たす必要があります。すなわち、主に内部抵抗に現れるバッテリーの電気化学的性能を劣化させてはならないということです。この性能を評価するために2つのパラメータが用いられます。
マクマリン数:電解質を含むダイアフラムの抵抗率と電解質自体の抵抗率の比率。価値が小さいほど良く、消耗可能なリチウムイオンバッテリーの価値は約8です。
ガーリー数:特定の圧力条件下で、一定の体積のガスがダイアフラムの特定の領域を通過するのにかかる時間。これはダイアフラムと組み合わさったバッテリーの内部抵抗に比例し、値が大きいほど内部抵抗も大きくなります。しかし、異なる2つのダイアフラムのガーリー数を単純に比較するのは意味がありません。なぜなら、微細構造が全く異なる場合があるからです。しかし、同じ種類のダイアフラムのガーリー数は内部抵抗の大きさを十分に反映し得るからです。
温度
クローズドセル温度:バッテリー内部で発熱反応が起き、自己加熱、過充電、外部短絡が大量の熱を発生させ、マイクロポアが閉じてイオンの通過を妨げ、開回路を形成します。これがバッテリーの保護に重要な役割を果たします。孔が閉じた温度が閉じた状態の温度が閉じた孔温度となります。しかし小型バッテリーの場合、熱停止メカニズムの効果は限定的です。一般的にPEは130〜140A、PPは150Aです。閉セル温度を低くする方が良いです。
膜破裂温度とはバッテリー内部の自己加熱を指し、外部の短絡はバッテリー内部温度を上昇させます。閉鎖温度を超えると、微細孔が塞がれ電流の流れを遮断し、熱溶融性能の温度がさらに上昇し、ダイアフラムが破裂してバッテリーショートを引き起こします。破裂時の温度が破裂温度です。破裂温度が高いほど良いです。
穿刺強度
一定の速度(毎分3〜5メートル)で、鋭いエッジのない直径1mmの針がリング状の固定鼻中隔に刺されます。針が鼻中隔を貫くために加えられる最大力は穿刺強度と呼ばれます。十分な穿孔強度があれば、リチウム樹状突起やポールピースバリがダイアフラムを貫通してショートを引き起こすのを防ぐことができます。パンク抵抗値は一般的に300〜500gです。しかし、テストで使われる方法は実際のバッテリーの状況とは大きく異なります。2種類のセパレーターの穿孔強度を直接比較するのは特に合理的ではありません。
機械的強度
機械的強度は主にダイアフラムの引張強度を指し、十分な引張強度があればダイアフラムの変形を防ぐことができます。ダイアフラムの引張強度はフィルム製造工程に関連しています。一軸伸縮が用いられる場合、伸ばす方向のダイアフラムの強度は垂直方向の強度とは異なります。二軸伸縮を用いる場合、ダイアフラムの二方向の一貫性はほぼ同じになります。一般的に、引張強度とは縦方向の強度が100MPを超え、横強度が大きすぎないことを指します。収縮が多すぎると横収縮率が増加します。この収縮により、リチウム電池メーカーが正極と負極に接触する可能性が高まります。
潜入
バッテリーの内部抵抗が大きすぎないようにするために、電池に使われる電解質がダイアフラムを完全に濡らすことが必要です。一方で、湿潤性の度合いはダイアフラム材料自体に関連しており、他方でダイアフラムの表面および内部の微細構造は密接に関連しています。より良い濡れ性は、ダイアフラムと電解質の親和性を向上させ、ダイアフラムと電解質の接触面を拡大させることでイオン伝導率を高め、バッテリーの充放電性能と容量を向上させることに寄与します。潤潤性は、液体の吸収率と保持率を測定することで測定できます。
一貫性
調製工程の違いにより、ダイアフラムの粘度はかなり異なる場合があります。一貫性には、閉鎖温度などの自己特性だけでなく、正孔の一貫性や電子顕微鏡下での観察の厚さなどの見かけの一貫性も含まれます。ダイアフラムの一貫性が高いほど、他の性能面も良好です。
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