アミド・ポリアミド・アミド結合とは?リチウムイオン電池におけるポリアミド

アミド・ポリアミド・アミド結合とは?リチウムイオン電池におけるポリアミド(アラミド)

 

当サイトではリチウムイオン電池や燃料電池などの電気的なデバイスやその研究に関する各種学術知識(電気化学など)を解説しています。

 

中でもリチウムイオン電池は、高容量、高電圧作動、高エネルギー密度、長寿命などのメリットがあるために、「スマホバッテリー」「電気自動車(EV)」「家庭用蓄電池」などに採用されています。

 

ただ、リチウムイオン電池の課題として「安全性が低いこと」や「更なる高容量化、長寿命化が望まれていること」などがあります。安全性を高めるために、リチウムイオン電池のセパレータとして、各種性能の高いポリアミド系(特にアラミド)の材料の使用が検討されています。そのため、アミドやポリアミド・アラミドに関する知識を身につけておくとといいです。

 

ここでは、アミドやポリアミド・アラミドに関する内容について解説していきます。

 

・アミド・アミド結合・ポリアミド・アラミドとは?

 

・リチウムイオン電池におけるポリアミド(アラミド)材料の用途

 

というテーマで解説していきます。

 

 

アミド・アミド結合・ポリアミド・アラミドとは?

 

アミドとは、1級アミン(アンモニアも含む)に対して1つのカルボニル基(CO)がついた以下のような構造をもつ化学構造のことを指します。

 


広義の意味では、カルボニル基ではなく、スルホ基を含むものもアミドとよぶことがありますが、狭義の意味でのカルボニル基を含むカルボン酸アミドのことを基本的にアミドとよびます。

 

アミドと言葉も似ているイミドとは構造も似ているため、混乱しないように気を付けましょう。

 

イミドは、1級アミンに二つのカルボニル基がついている構造です。以下の通りです。つまり、イミドには「アミド結合を含んでいる」という考え方もできます。

 

 

基本的に、アミドは1級もしくは2級アミン(もしくはアンモニア)とオキソ酸との分子間脱水によって合成されます。

 

そして、アミドを重合したものがポリアミド(アミドのポリマー)であり、ポリアミドの一種には、ナイロンとして有名のものが挙げられます。ポリアミドを構成するCONHの結合のことをアミド結合と呼びます。

 

以下の通りです。

 

 

ここで、アミノ酸をポリマーである、たんぱく質、ペプチドにおけるペプチド結合も同じCONHです。ただ、アミノ酸から重合された場合はペプチド結合と呼ぶことに気を付けましょう。(旋光度を表すRS表記とDL表記のように、化学と生化学の分野によって同じものでも呼び方が異なることがあります)。

 

ポリアミドの中でも、特に芳香族アミドのことを、アラミドとよびます。例えば、以下のような構造をもつものもアラミドの一種です。

 

※※

 

アラミドは、耐熱性、強度、弾性率などが特に優れることから、リチウムイオン電池のセパレータだけではなく、防弾チョッキや構造補強材など幅広く採用されています。

 

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リチウムイオン電池におけるポリアミド(アラミド)の用途

 

このようなアラミドですが、リチウムイオン電池において具体的にどのような使用用途を検討され始めているのでしょうか。

 

以下で確認していきます。

 

アラミド系のセパレータ

 

バッテリーの安全性向上のために、セパレータ材料としてアラミドの使用が検討され始めています。

 

例えば、リチウムイオン電池における電池温度が70℃~100℃を超えはじめると、セパレータの収縮が始めります。

 

すると、正極と負極が直接触れる短絡が電極の端部で起こります。すると、さらに温度が上昇し、セパの溶融がより進行し、短絡し・・・という連鎖反応が起こることがあります。結果として熱暴走につながります。

 

 

ここで、セパを通常のPPやPEといったポリオレフィン系の材料から、アラミド系やポリイミド系などの高耐熱のものに切り替えることで、耐熱性が向上します。結果として熱暴走するリスクが低下します。

 

このように、アラミド系材料を使用できるような検討が進んでいますが、性能が高い分コストが高いことがいまのデメリットです。

 

コスト低減化と性能の向上も同時に行うために、ポリオレフィン系セパの表面をアラミドでコーティングするなどの手法も検討が進んでいます。

 

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電離度とは?強塩基と弱塩基の違いと見分け方
水酸化ナトリウム(NaOH)の性質と用途は?
酸塩基におけるイオンの価数と求め方 価数の一覧付き
1級アルコールをからアルデヒドを経てカルボン酸まで酸化する反応 2級アルコールをケトンまで酸化する反応式
アルコールの脱水反応(分子間脱水と分子内脱水)
ザイツェフ則とアルコールの脱水
二酸化窒素(NO2)の分子式・構造式・電子式・イオン式・分子量は?二酸化窒素と水との反応式は?
二酸化ケイ素(SiO2)の分子式・構造式・電子式・イオン式・分子量は?イオン反応式は?(コピー)
一酸化炭素(CO)の化学式・分子式・構造式・電子式・イオン式・分子量は?炭素の不完全燃焼の反応式は?
二酸化硫黄(SO2)の分子式・構造式・電子式・分子量は?二酸化硫黄の代表的な反応式は?
一酸化窒素(NO)の分子式・構造式・電子式・イオン式・分子量は?一酸化窒素と水との反応式は?
塩化アンモンニウム(NH4Cl)の分子式(化学式)・構造式・電子式・電離式・分子量は?塩素とアンモニアの混合で白煙を生じる反応式
水素(H2)の化学式・分子式・構造式・電子式・分子量は?水素の燃焼反応(水の生成)の反応式は?
過酸化水素(H2O2)の化学式・分子式・構造式・電子式・分子量は?過酸化水素の分解の反応式は?
フッ素(F2)の化学式・分子式・構造式・電子式・分子量は?フッ素の水との反応式は?
臭素(Br2)の化学式・分子式・構造式・電子式・分子量は?臭素の水との反応式は?
酸化カルシウム(CaO)の化学式・組成式・構造式・電子式・分子量は?酸化カルシウムの水との反応式は?
オゾン(O3)の化学式・分子式・構造式・電子式・分子量は?オゾン(O3)の代表的な反応式は?
水酸化カルシウム(Ca(OH)2)の化学式・組成式・構造式・電子式・分子量は?水酸化カルシウム(石灰水)と二酸化炭素との反応式は?
炭酸カルシウム(CaCO3)の化学式・組成式・構造式・電子式・分子量は?
アニリンの化学式・組成式・構造式・電子式・分子量は?ベンゼンからニトロベンゼンを経由しアニリンを合成する反応式は?
酢酸の脱水の反応式(分子間脱水)
MPa(メガパスカル)とKg/cm2の変換(換算)方法 計算問題を解いてみよう

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