LIBの安全性を向上するセパレータ用耐熱コーティングバインダー

• 1) Lithium Ion Battery（リチウムイオン電池）
  2) Carboxymethyl Cellulose

課題解決

コーティング層の高耐熱化によりセパレータを高強度化してLIBの安全性を向上

130℃から140℃、150℃と温度が上昇しても、セパレータの熱収縮を抑えて形状を維持するには、セラミック・コーティングのバインダー自体の耐熱性に加えてセラミック粒子との強固な結着によるセパレータの物理的強度が必要です。
当社の「PNVA」は、当社が工業化に成功したN-ビニルアセトアミドを重合した水溶性ポリマーです。極性溶媒や広範囲のpH領域における増粘効果に加えてTg＝約190℃、熱分解温度＝約370℃の耐熱性を有しています。このうち＜GE191シリーズ＞は、LIBのセラミック・コーティング用のバインダーとして分子量などを最適化したグレードです。また水素結合を多く有する設計なので、セラミック粒子をより均一に分散・安定させ、かつコーティング後はセラミック粒子を水素結合により強固に結着して被覆します。
当社耐熱コーティングバインダー「PNVA」＜GE191シリーズ＞を使えば、コーティング層のバインダーの高耐熱化と、セラミック粒子の高分散・高結着によるセパレータの高強度化によって、LIBの安全性・耐久性を向上させることができます。またコーティング層を薄膜化しても熱収縮を抑制できるので、LIBの高エネルギー密度化や塗工工程のコスト低減にも寄与します。

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加熱前後のセラミック・コーティングの外観

• 加熱条件：150℃　1時間　　MD：Mold Direction（樹脂の流れ方向）　収縮率：1.5%
• ※ 掲載のデータは、測定や計算等の結果の一例を示した代表値であり、保証値ではありません。

特長

高耐熱性

コーティングなしのセパレータでは130℃での熱収縮率が20%以上あるのに対して、従来のCMCバインダーを用いたセラミック・コーティングをすると約3%に抑えることができました。しかしCMCバインダーでは温度が140℃、150℃と上昇すると、熱収縮率は、約8%、約20%と大幅に増えました。（当社実験データ）
それに対してバインダー「PNVA」＜GE191シリーズ＞を用いたセラミック・コーティングでは、温度が140℃、150℃と上昇しても、熱収縮率を約5%、約8%に抑えることができました。また別のメーカーの原膜２種類にバインダー「PNVA」＜GE191シリーズ＞を用いたものでは、各々150℃で熱収縮率が約5%以下のものが得られました。
熱収縮率の合格基準は、車載用途では各温度×1時間で5％以内と言われています。CMCに対して「PNVA」＜GE191シリーズ＞は、温度が140℃、150℃と上昇しても耐熱性が向上していることが分かりました。

 

 

温度による熱収縮率の比較

• [実験条件]　セパレータ：膜厚＝9μｍ、湿式、ポリエチレン製、コーティング：塗工膜厚3μｍ、フィラー：アルミナ、PNVAバインダー：＜GE191-103＞、MD：Mold Direction（樹脂の流れ方向）、TD：Transvers Direction（直角方向）
• ※ 掲載のデータは、測定や計算等の結果の一例を示した代表値であり、保証値ではありません。

薄膜化

「PNVA」＜GE191シリーズ＞を用いたセラミック・コーティングの150℃での熱収縮率を塗工膜厚2μm～4μmについて調べました。Mw=100万の「PNVA」＜GE191-103＞の場合、膜厚2μｍの熱収縮率は4%以下であり実用可能であることが分かりました。膜厚を薄くするほど、CMCに対して耐熱性向上効果が大きいことが分かりました。
実際にコーティング層を薄膜化しても熱収縮を抑制できるので、LIBの高エネルギー密度化や塗工工程のコスト低減が期待されます。

 

膜厚による熱収縮率の比較

• [実験条件]　セパレータ：膜厚＝16μｍ、乾式、ポリプロピレン/ポリエチレン製 3層、フィラー：アルミナ、 バインダー：PNVA＜GE191-103＞　Mw=100万、PNVA＜GE191-104＞　Mw=30万、熱収縮率：MD（樹脂の流れ方向）
• ※ 掲載のデータは、測定や計算等の結果の一例を示した代表値であり、保証値ではありません。

• ※ 「PNVA」は、日本、欧州連合、中国における株式会社レゾナックの登録商標です。

更新日：2024年7月18日