バッテリーセパレーターコーティングの難燃性分析と推奨事項
顧客はバッテリーセパレーターを製造しており、セパレーター表面には、通常は少量のバインダーを含むアルミナ（Al₂O₃）層をコーティングすることができます。現在、顧客はアルミナに代わる難燃剤を求めており、以下の要件を満たしています。
- 140℃で有効な難燃性（例：分解して不活性ガスを放出する）。
- 電気化学的安定性バッテリーコンポーネントとの互換性。
推奨される難燃剤と分析
1. リン-窒素相乗難燃剤（例：改質ポリリン酸アンモニウム（APP）+メラミン）
機構：
- 酸源（APP）とガス源（メラミン）が相乗効果を発揮してNH₃とN₂を放出し、酸素を希釈して炭化層を形成し、炎を遮断します。
利点: - リンと窒素の相乗効果により、分解温度を下げることができます (ナノサイズ化または配合により約 140°C まで調整可能)。
- N₂は不活性ガスです。NH₃が電解質（LiPF₆）に与える影響を評価する必要があります。
考慮事項: - 電解質中のAPPの安定性を確認してください（リン酸とNH₃への加水分解を回避してください）。シリカコーティングにより安定性が向上する場合があります。
- 電気化学的適合性テスト（サイクリックボルタンメトリーなど）が必要です。
2. 窒素系難燃剤（例：アゾ化合物系）
候補者：活性剤（例：ZnO）を含むアゾジカルボンアミド（ADCA）。
機構：
- 分解温度は140～150℃に調整可能で、N₂とCO₂を放出します。
利点: - N₂は理想的な不活性ガスであり、バッテリーに無害です。
考慮事項: - 副産物（例：CO、NH₃）を制御します。
- マイクロカプセル化により分解温度を正確に調整できます。
3. 炭酸塩/酸熱反応システム（例：マイクロカプセル化されたNaHCO₃ + 酸源）
機構：
- マイクロカプセルは 140°C で破裂し、NaHCO₃ と有機酸 (クエン酸など) の反応を引き起こして CO₂ を放出します。
利点: - CO₂は不活性かつ安全であり、反応温度は制御可能です。
考慮事項: - ナトリウムイオンは Li⁺ の輸送を妨げる可能性があります。リチウム塩 (LiHCO₃ など) を使用するか、コーティング内で Na⁺ を固定することを検討してください。
- 室温での安定性のためにカプセル化を最適化します。
その他の潜在的な選択肢
- 金属有機構造体（MOF）：たとえば、ZIF-8 は高温で分解してガスを放出します。分解温度が一致する MOF をスクリーニングします。
- リン酸ジルコニウム（ZrP）：熱分解時にバリア層を形成しますが、分解温度を下げるにはナノサイズ化が必要になる場合があります。
実験的な推奨事項
- 熱重量分析（TGA）：分解温度とガス放出特性を決定します。
- 電気化学試験:イオン伝導性、界面インピーダンス、サイクリング性能への影響を評価します。
- 難燃性試験：例：垂直燃焼試験、熱収縮測定（140℃）
結論
その改質リン-窒素相乗難燃剤（例：コーティングされたAPP + メラミン）難燃性と分解温度の調整可能性のバランスから、まずNH₃の使用が推奨されます。NH₃の使用を避けなければならない場合は、アゾ化合物系またはマイクロカプセル化されたCO₂放出システム実行可能な代替手段です。電気化学的安定性とプロセスの実現可能性を確保するため、段階的な実験検証が推奨されます。
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投稿日時: 2025年4月29日
