電力およびエネルギー貯蔵バッテリー パックは、セルを直列および並列に接続して組み立てられますが、セルは互いに直接接触していません。リチウム-イオン電池は充放電中に体積膨張するため、機械的応力を吸収するために電池間に緩衝材を配置する必要があります。現在、動的緩衝要件と静的支持要件の両方を満たすためにフォーム材料が広く採用されています。
01 リチウム-イオン電池モジュールの膨張現象
リチウム- イオン電池は「ロッキングチェア型電池」という鮮やかな名前が付けられています。リチウム イオンは電位差によって駆動され、カソードとアノードの間を往復して電気エネルギーを貯蔵したり放出したりします。
それにもかかわらず、正極活物質および負極活物質への Li+ の挿入および脱離により、活物質の体積膨張が引き起こされます。このような腫れは、可逆的腫れと不可逆的腫れの 2 つのカテゴリーに分類されます。不可逆的な膨張は、充電-サイクルが増加するにつれて継続的に蓄積します。
セルの膨張には、電気化学的膨張、ガス発生による膨張、温度の影響という 3 つの根本原因があります。
エポキシ基板は、電気二輪車の鉛蓄電池間の緩衝材として一般的に使用されます。{0}{1}{1}しかし、エポキシ基板は脆性が高く、復元力がゼロであるため、セルの膨張力を吸収できません。したがって、超低コストであるにもかかわらず、リチウムイオン電池パックの緩衝材としては適していません。{{4}
シリコン-アノード リチウム- イオン バッテリーは、カーボン-アノードの対応物と比較して大幅に高いエネルギー密度を実現し、バッテリーのエネルギー密度をさらに高める効果的なアプローチとなります。しかし、その過度の膨潤率（100 サイクル後に厚みが 15%～30% 増加する）により、大規模な商業用途が長い間妨げられてきました。-
02 緩衝材の主な種類
セルの膨張は、バッテリーの全耐用年数を通じて固有の特性です。バッテリーのサイクル寿命を延ばすには、膨張によってもたらされる悪影響を軽減することが重要になります。
不可逆的なセルの膨張を適切に緩衝しないと、容量の低下がさらに加速します。
リチウムイオン電池の膨張を制御する 4 つの基本ルール:{0}}
空間分布: 中央ゾーンの膨張力は端部の膨張力よりも大きくなります。
容量の相関関係: セル容量が大きいほど、膨潤率が高くなります (エネルギー貯蔵セルは一般に容量が大きいことが特徴です)。
細胞化学: 三元細胞は LFP 細胞よりも激しく膨張します。 NCM811 細胞の膨張率は 6% ～ 8% ですが、LFP 細胞の膨張率は 3% ～ 5% にすぎません。一般に、エネルギー密度が高い細胞は、より高い膨潤率を示します。
サイクル数: 充放電サイクルが増加すると不可逆的な膨張が蓄積し、セル全体の膨張が大きくなります。{0}
したがって、緩衝材は圧力分散、変位補償、断熱、難燃という 3 つの重要な役割を果たすモジュールにとって不可欠な部品です。
(1) シリコーンフォーム
ベースのシリコーン樹脂の密度は 1.17 g/cm3 です。発泡後、密度は 0.16 ～ 0.20 g/cm3 に低下します。 UL94- V0 の垂直難燃性と低い圧縮永久歪みを実現します。シリコーンフォームは、強い膨張力を持つ大容量エネルギー貯蔵モジュールに推奨されます。
(2) EVAフォーム
EVAフォームはスリッパの靴底などの日用品に広く使われています。ユーザーは明らかな欠点に気づくかもしれません。長期間使用すると、かかと部分が永久に平らになります。これは、EVA の圧縮永久歪みが高いことを示しています。- EVA フォームは低コストで、主に角柱状セル モジュール間に適用されます。-
(3) CRフォーム
CR フォーム、正式名クロロプレン ラバー フォームは、UL94 V-0 難燃性認証および RoHS 環境基準に準拠しています。特徴：低密度、軽量、低硬度、高圧縮性、優れた断熱性と難燃性、優れた弾力性と長寿命。
(4) PUフォーム
PU は、無数の微細孔とポリウレタン樹脂骨格で構成されるコポリマーを指します。これには、ポリ尿素や変性ポリウレタンが含まれます。{0} PU は圧縮復元力が若干劣るため、主にパウチセルモジュール間に使用されます。特徴: 多孔質構造、低密度、高い比強度、適切な反発性と通気性、低いヒステリシス損失、高い圧縮荷重比、良好な難燃性、および熱老化、湿度老化、および動的疲労に対する優れた耐性。
(5) MPP フォーム
MPP は、基板内部に多数のミクロン サイズの気泡を生成するクリーンな超臨界二酸化炭素技術によって製造された多孔質発泡ポリプロピレン (PP) 材料です。{0}} MPP は RoHS および REACH 規格を満たしており、新エネルギー産業で広く適用されています。特長：軽量、高強度、効率的な衝撃エネルギー吸収、優れた難燃性、耐熱性。
(6) エアロゲル
上記の材料は、主に細胞の膨張力を吸収するように設計された弾性基板です。エアロゲルも、断熱性と難燃性に重点を置き、広く採用されているセル間材料です。-また、適切な圧縮率も備えており、適度なバッファリング パフォーマンスを提供します。たとえば、1P13S モジュールに約 200 kgf の荷重がかかると、厚さ 2.0 mm のエアロゲル シートは約 1.5 mm まで圧縮されます。
エアロゲル断熱シートは、シリカエアロゲルとセラミックファイバー基材からなる複合材料です。低密度、高気孔率、高温耐性、低熱伝導率を特徴としており、熱暴走時のセル間の熱伝播を効果的にブロックします。
