【リチウムイオン電池材料の評価】セパレータの透気度とは?

【リチウムイオン電池材料の評価】セパレータの透気度とは?

 

最近では、リチウムイオン電池の発火事故なども多く発生し、電池の安全性への関心がみなさん高まっているかと思います。

 

リチウムイオン電池の安全性試験の概要、位置づけについてはこちらで解説しており、安全性試験は電気的な安全性試験と機械的な安全性な試験に分けられます。

 

電気的な安全性試験の代表としては、過充電試験外部短絡試験過放電試験内部短絡試験釘刺し試験などが挙げられ、機械、熱的な安全性試験としては振動試験や圧壊試験、衝突試験、熱衝撃試験(熱冷サイクル試験)などが挙げられます。

 

これら全般の安全性と関わるリチウムイオン電池の構成材料の一つとして、セパレータが挙げられます。

 

また、安全性だけでなく、内部抵抗の一つにであるセパレータ中の電解液中のLiイオンの移動抵抗の低減も電池の設計として重要であり、この低減にもセパレータの選定が影響します。

 

そして、セパレータの性能を評価する項目として透気度と呼ばれるパラメータがあります。

 

こちらのページではこの透気度に関係する内容を解説しています。

 

 

・セパレータの透気度とは?

 

・セパレータの透気度とリチウムイオン電池の安全性や内部抵抗との関係

 

とうテーマで解説しています。

 

 

セパレータの透気度とは?

透気度とは、セパレータのように薄い樹脂フィルムや紙に対して一定圧力で空気を押し込んでいった際に、一定体積に到達するまでの時間のことを指します

 

つまり、透気度が高いほど、一定体積を通過させるため時間がかかるということを表しており、空気が通りにくいということを示しています。

 

よって、リチウムイオン電池において透気度が高いセパレータを使用すると、内部抵抗が高くなる傾向にあります。

 

内部抵抗の中でも、電解液中のLiイオンの移動抵抗が大きくなります。

 

一方で、過充電や外部短絡が発生した場合の異常時のシャットダウン機能が高く、安全性が高い傾向にあり、最終製品を扱うメーカー様の要求により設計を最適化する必要があるのです。

 

それでは、セパレータの中のどのようなパラメータと透気度は関係するのでしょうか?

 

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セパレータの厚みと透気度

セパレータが厚みによらず、均一に合成されいていると仮定しましょう。

 

その場合、厚みが増すほど透気度も高くなります。

 

つまり、厚みがまずと空気が通過しにくくなることが直感的にわかるかと思います。

 

電気抵抗がR=ρ L/Sと長さに比例して大きくなるように、経路が長い分空気の通過時間がかかるといったイメージです。

 

そのため、内部抵抗を低減するためには厚みを薄く、安全性を上げるためには厚みを合うくする方向で電池設計を行いましょう。

 

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