リチウム電池セパレーターのしわの原因と解決策

リチウム バッテリーセパレーター セパレータは正極と負極の間の保護バリアとして機能し、イオンは伝導しますが電子は伝導しません。電解液の充填と成形後の理想的な状態では、セパレータは電極と完全に平坦に接触しているはずです。しかし、電池を分解すると、セパレータにひどいシワが見られることがよくあります（これは負極のシワからも明確に確認できます）。

以下では、セパレータのしわについて、危険性、原因、解決策の 3 つの側面から説明します。

1. セパレータのしわの危険性:

内部抵抗の増加： セパレータの微細多孔構造は、しわのある部分で損傷し、リチウムイオンの移動経路を阻害します。これにより内部抵抗が15%～30%増加し、充放電効率が著しく低下します。

容量フェード: しわのある部分への電解液の不均一な浸透は、活物質の利用率の低下につながります。あるNMC正極電池の実験データでは、100サイクルあたり最大8%の容量低下が見られました。

リチウムデンドライトの成長と短絡の危険性: しわにより電流密度が局所的に増加し、グラファイト陽極表面でのリチウムデンドライト成長の可能性が高まり、短絡のリスクが高まります。

2. セパレータのしわの原因:

材料欠陥: 表面粗さが 0.3μm を超えるセパレータ（標準 Ra 値 0.1 ～ 0.3μm）または引張強度が 300MPa 未満のセパレータは、しわになりやすくなります。

プロセス欠陥: 巻取張力の変動が過度（規格では±1%とされているのに±3%を超える）になると、ロールの巻き取り精度が不均一になります。また、オーブンの温度勾配が過度（許容値が2℃以下のところ5℃を超える）になることも問題となります。

無理なホットプレス工程： ホットプレスのパラメータ（圧力、温度、時間）の設定が不適切だと、電極ロールの形状が悪くなります。

不合理な電解液充填プロセス： 充填工程は通常、（真空引き→一次充填→静置→予備充電→真空引き→二次充填）の手順で行われます。真空引きの負圧が高すぎる場合、または速度が速すぎる場合、セパレータと電極が剥離しやすくなります。さらに、予備充電後にガスが発生し、二次充填時の真空引きによってこのガスと一部の電解液が除去される可能性があります。ガスが除去されると、溝が形成され、目に見えるシワの原因となることもあります。

電解質の浸透が不完全: 電解液が完全に浸透せず、電極とセパレーターの間に乾燥した部分、隙間、気泡が残ると、真空引きの際にしわが発生しやすくなります。

電極表面欠陥: 電極に固有の欠陥（突起、穴など）があると、セパレーターが電極に適合するかどうかが簡単に影響を受け、しわの原因となります。

3. セパレータのしわの解決策:

解決策は多くの場合、原因と関連しており、セパレータの基本特性の改善、巻き取り、ホットプレス、焼成、電解液充填工程の改善などが含まれます。 バッテリー生産ライン 最適化されたプロセスのためのソリューション。

浸透時間を延長し、浸透温度を適切に上げる（例えば、45℃で浸透）ことにより、電極に最適な浸透状態を実現できます。

さらに、プロセス改善に加え、コーティングされたセパレーターを使用することで、しわの問題を効果的に解決できます。例えば、片面PVDFコーティングを施したセパレーターは、ホットプレス後の接着力を大幅に向上させ、しわを完全に除去または軽減します。当社の高度な技術について、詳しくはこちらをご覧ください。 電池材料 コーティングされたセパレーターを含むさまざまな製品を提供しています。

TOBニューエナジー パイロット・研究ラインから量産ラインまで、包括的なバッテリーラインソリューションの提供を専門としています。カスタマイズされた装置、高度な技術サポート、そして幅広い高品質材料を提供することで、お客様のバッテリー製造・研究プロセスの最適化を支援し、セパレーターのしわなどの課題に効果的に対処します。