リチウムイオン電池工場で露点を監視する理由

露点とは、水分が凝縮する温度のことです。空気中の水蒸気量が変化しておらず、気圧も一定に保たれている場合、空気が飽和状態まで冷却される温度を露点温度（Td）、または略して露点と呼びます。水蒸気と水が平衡状態に達する温度とも言えます。実際の温度（t）と露点温度（Td）の差は、空気が飽和状態にどれだけ近いかを示します。t＞Tdのとき、空気は不飽和、t＝Tdのとき、空気は飽和、t＜tdのとき、空気は過飽和です。

リチウムイオン電池は製造工程中の環境湿度に対して非常に厳しい要件があります。主な理由は、水分制御の喪失や粗大化制御が電解質に重大な悪影響を及ぼすためです。電解質はリチウムイオン電池におけるイオン伝達のキャリアであり、リチウム塩と有機溶媒で構成されています。これは、リチウムイオン電池が高電圧や高比エネルギーなどの利点を得るための保証です。

過度の湿気は電解質に重大な悪影響を及ぼします。

1. 電解質の劣化

電解液は電池内のイオン伝導のキャリアであり、リチウム塩と有機溶媒で構成されています。電解液はリチウム電池の正極と負極の間でイオンを伝導する役割を果たし、リチウムイオン電池が高電圧や高比エネルギーなどの利点を得るための保証です。電池充填プロセス中は湿度を1％未満に抑え、充填後はできるだけ早く電池を密封して、電池内部が空気に触れないようにする必要があります。湿度が高すぎると、電解液が水分と反応して微量の有害ガスが発生し、充填室の環境に悪影響を与えます。また、電解液自体の品質にも影響し、電池の性能が低下します。

2. バッテリー容量の低下

バッテリー内の水分量が増えると、バッテリーの最初の放電容量は低下します。水分量が多すぎると、電解質の有効成分が損傷し、リチウムイオンが消費され、バッテリーの負極でリチウムイオンの不可逆な化学反応が起こります。リチウムイオンが消費されると、バッテリーの容量が低下します。

3. 内部抵抗の増加

電池の水分含有量が増えると、内部抵抗が上昇する傾向があります。電池の使用中、内部抵抗が小さいため、大電流放電を行うことができ、電池の電力が高くなります。内部抵抗が大きいと、大電流放電を行うことができず、電池の電力が相対的に低くなります。水分含有量が多すぎると、リチウム電池のSEIフィルムの品質に影響し、電池の内部抵抗に影響します。

4. バッテリー内部の過度の圧力

水は電解液中のLiPF6と反応して有害なガスを発生させます。水が多すぎると、バッテリー内の圧力が高まり、ストレスを受けてバッテリーが変形します。携帯電話のバッテリーであれば、膨らんだ殻のように見えます。内部圧力が高くなると、バッテリーが爆発する危険があり、爆発により電解液が飛び散り、バッテリーの破片が人を傷つけやすくなります。

5. 電池の液漏れ

ガスが発生するだけでなく、電解液中のLiPF6が水と反応してフッ化水素酸を生成します。フッ化水素酸は腐食性が強く、バッテリー内部の金属部品を腐食させ、最終的にはバッテリーの液漏れを引き起こします。バッテリーが液漏れすると、バッテリーの性能が急激に低下し、電解液がユーザーのマシンを腐食させる原因にもなります。

要約:

電解液、正極材料、負極材料は水分に非常に敏感です。電池の品質を確保するには、作業場とグローブボックス内の湿度を厳密に管理する必要があります。特に、電池セルの乾燥、電解液の充填、密封などの重要なプロセスは、水分が電解液に侵入するのを防ぐために、1％未満の低湿度環境で実行する必要があります。このとき、湿度の変動を反映するには、露点温度の値の変化が必要です。一般に、露点温度は-45℃以下、またはそれより乾燥した温度に制御する必要があります。

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