リチウムイオン電池は、今日の世界で広く使用されている充電式電池です。これらのバッテリーの機能を妨げる可能性のあるプロセスの 1 つは、カソードとアノード (バッテリー内の回路を完成させる導体) 間の直接接触によって引き起こされる内部短絡です。

これを回避するには、ポリマーの一種であるポリオレフィンで構成されたセパレーターを使用して分離を維持します。ただし、これらのセパレーターは高温で溶ける可能性があり、電解質（電極間で電荷を運ぶために不可欠）の吸収が不十分なため、短絡や効率の低下が発生する可能性があります。これらの問題に取り組むために、いくつかの異なる方法が提案されています。

そのような方法の 1 つは、圧力と熱の処理方法を改善するためにセパレーターにセラミック コーティングを適用することです。ただし、これによりセパレーターの厚さが増し、接着力が低下し、損傷が生じる可能性があります。バッテリーパフォーマンス。別の技術は、グラフト重合として知られるプロセスでポリマーコーティングを使用することです。これには、セパレーターに個々のユニット (モノマー) を取り付けて、セパレーターに望ましい品質を与えることが含まれます。

最近の研究出版されたでエネルギー貯蔵材料ポリプロピレン（PP）上でのグラフト重合の成功を実証セパレーター、二酸化ケイ素 (SiO) の均一な層を組み込んでいます。₂）。この発見は、仁川国立大学エネルギー化学工学部のユン・ジョンシク助教授らとの共同研究の成果である。

ユン博士は、航続距離を伸ばすための電気自動車の高性能バッテリー材料の必要性に動機づけられ、この分野に積極的に取り組んできました。同氏の目標は、バッテリーの性能を向上させるだけでなく、バ​​ッテリーの爆発に対する消費者の懸念を和らげることで、電気自動車を採用するかどうかの決定に影響を与える可能性がある。

同氏によると、「バッテリーの爆発は、セパレーターの溶融によって引き起こされることがよくあります。市販のバッテリーのセパレーターは、熱に弱いポリマーの一種であるポリオレフィンでできています。そこで、私たちは、バッテリーの爆発を改善することを目指しました。」熱安定性市販のセパレータを SiO などの熱に強い材料でコーティングすることにより、₂粒子。」

この研究では、PP セパレーターをいくつかの方法で修正しました。最初は、電解質の親和性と熱安定性を高めるために選択された化学物質であるポリフッ化ビニリデンの層でコーティングされ、同時にグラフト反応サイトも導入されました。次に、セパレーターにメタクリレート分子をグラフト化し、続いて SiO で最終コーティングを施しました。₂粒子。これらの改良により、セパレーターの強度と耐熱性が向上し、リチウム樹枝状結晶の成長が抑制され、サイクル性能の向上につながりました。

この改良により、リチウムイオン電池の単位体積当たりのエネルギー貯蔵量が維持されただけでなく、電池性能において他のコーティング方法よりも優れた性能を発揮しました。したがって、この技術は、堅牢なセパレータを作成し、電気自動車やエネルギー貯蔵システムでのリチウムイオン電池の使用を促進する可能性を示しています。

「この研究の結果により、安全性の高いリチウム電池の開発が可能になることを期待しています。これらの電池の熱安定性は、現在の火災に敏感な電気自動車分野に大きな利益をもたらすと信じています。長期的には、これは人々のモチベーションを高めることができます」選択する電気自動車そしてで都市部、空気によって発生する汚染された空気を吸い込むことによる人々の苦痛を軽減します。内燃機関」とユン博士は想像します。

要約すると、この研究は次のことを示しています。信頼できる方法革新的で耐久性のあるセパレーターを作成するためにリチウムイオン電池、より環境に優しい未来への道を開く可能性があります。

詳細情報:Jaewon Park et al、リチウム金属電池向けの表面多機能化戦略による極薄 SiO2 ナノ粒子層状セパレーター: 高度に強化されたリチウムデンドライト耐性と熱特性、エネルギー貯蔵材料（2023年）。DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103135