リチウムイオン電池の熱安全性を向上させる複合ポリイミドセパレータの作製
Fabrication of Composite Polyimide Separator for Lithium Ion Battery Thermal Safety Improvement
従来のポリオレフィンセパレータの熱安定性とイオン輸送性能の低さがリチウムイオン電池(LIB)の開発における課題となっていた。本研究では、電界紡糸とin situ熱イミド化を組み合わせ、リチウム伝導性無機物をドープした複合ポリイミド系セパレータを作製した。最適化された複合セパレータは、従来のポリオレフィンセパレータよりも優れた熱安定性を示し、高温でもサイズ収縮が見られなかった。また、多孔性と電解液濡れ性が大幅に向上し、リチウムイオンの均一な輸送と脱溶媒プロセスを促進し、イオン輸送性能が著しく向上した。機械的特性も市販電池の要求を満たした。半セル試験では、優れたレート性能とサイクル安定性を達成した。特に、Ah級のコイン型電池を組み立てて過充電試験を行った結果、複合セパレータを用いた電池は、従来の市販セパレータを用いた電池よりも低い過充電温度を示し、熱安定性が優れていることが検証された。この研究は、高安全性・長寿命エネルギー貯蔵電池セパレータの設計と産業応用への新たなアイデアと技術的サポートを提供するものである。
- 電界紡糸とin situ熱イミド化により、リチウム伝導性無機物をドープした複合ポリイミド系セパレータを開発
- 複合セパレータは従来のポリオレフィンセパレータより優れた熱安定性を示し、高温でもサイズ収縮なし
- Ah級コイン型電池の過充電試験で、複合セパレータ使用電池は従来品より低い過充電温度を示した
リチウムイオン電池のセパレータに複合ポリイミド材料を適用し、熱安定性・イオン輸送性能・機械的特性を同時に向上させた点は、蓄電池の安全性と寿命に直結する技術的進歩。特にAh級コイン型電池での過充電試験で従来比の低発熱を確認しており、高エネルギー密度化が進むEV用・定置用電池の安全規制対応や歩留まり改善に寄与する可能性がある。学術研究段階ではあるが、素材メーカーや電池セルメーカーにとっては実用化後の競争力に影響しうるシーズ技術として注目に値する。