セパレーターとは
セパレーターとは、バッテリーの中で正極と負極にはさまれている部品のことを指します。この部品の役割は、船舶用バッテリーなどの電池にある電極同士を直接触れさせることなく特定のイオンのみを移動させることです。この接触を防ぐことで発火を防止することができます。リチウムイオン電池では、セパレーターが同じ役割を果たし、リチウムイオンの移動を助けます。
セパレーターの種類
層の数によってセパレーターの種類が異なることがあります。単層PE、単層PP、PE/PP/PEなどがあります。
セパレーターを構造で分けると、微多孔膜や不織布の形などがあります。多孔質膜についてこの穴が大きいほど、リチウムイオンが通りやすくなり電池出力が大きくなります。一方で、穴が大きすぎると自己放電やショートがしやすくなる不都合が生じる恐れがあります。
さらに、製造方法によって、乾式セパレーターと湿式セパレーターもあります。
バッテリーセパレーターの役割
セパレーターは正極と負極の間にあり、主な役割はフォークリフトバッテリーなどの電池にある正極活物質と負極活物質を分離することです。
隔膜には多数の曲がりくねった微細孔があり、電解質イオンが自由に通過することを保証して充放電回路を形成できます。
バッテリー温度が高すぎると、セパレーターは穴を塞き、正極と負極を仕切て直接接触による短絡を防ぎます。
乾式セパレーターと湿式セパレーターの違い
乾式と湿式のセパレーターには、それぞれ長所と短所があります。
乾式のセパレーターとは樹脂などので多孔質膜を作る方法であり、その材料を引き延ばしてフィルムを作ります。この製法のプロセスが簡単のため、安価かつ大量に生産することができます。また、乾式セパレーターは三層膜を制作でき、湿式セパレーターは単層膜しか作れません。
一方で、湿式のセパレーターは樹脂に溶剤を加えて溶けた樹脂をシートとして伸ばすことで均一な構造を作ることができます。しかし、乾式よりもコストが高くなるデメリットがあります。湿式セパレーターは薄い単層PEの加工に適します。ハイパワーバッテリーでは湿式セパレーターが有利です。安全性と熱収縮が小さいからです。
リチウムイオン電池セパレーターの材質は
セパレーターに使用される材料は、隔膜の機械的特性と電解質の湿潤性に直接的な関係があります。リチウムイオン電池のセパレーターには、主にポリエチレンやポリプロピレンが使われます。これらを総称して、ポリオレフィンと呼ばれています。ポリオレフィンの特徴として軽くて加工しやすいです。そのため、セパレーターとして使いやすいです。
セパレーターはリチウムイオン電池への影響は何
電圧
隔膜の厚さが薄いと、イオンの移動経路が短く、分極現象は小さく、リチウム電池の低温電圧プラットフォームは比較的高いです。また、セパレーターのあなが大きい場合、リチウム電池の自己放電スピードが速くなり、それによってリチウムイオン電池電圧の一貫性を低下させます。
安全性
外部衝撃などの状況にあうと、セパレーターは電極が触れないようにする役割があります。安全機構として電池が高温になったときにセパレーターが溶けてイオンが通る穴をふさぎ、過熱や爆発の危険を避けます。
内部抵抗
隔膜の透気度が高いほどリチウム電池の内部抵抗が大きくなります。
まとめ
セパレーターは電池内のイオンのやりとりを助けることで電池の出力や安全面について、重要な役割を持っています。そのため、リチウムイオン電池を構成するときにセパレーターも重要視しなければいけません。
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