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安全なリチウムイオン電池のためのCOを化学的に吸収する新しいポリマーコーティング
Novel polymer coating for chemically absorbing CO for safe Li-ion battery.
PMID: 32587291 PMCID: PMC7316716. DOI: 10.1038/s41598-020-67123-1.
抄録
リチウムイオン電池のガス発生は、高電圧材料をパウチセル形式で実装する際の障壁となっており、パウチセルの膨らみは電池の故障の原因となる安全性の問題である。特に、正極の製造に用いられるマンガン系材料では、電解液中のマンガンの溶解がセルの劣化を促進し、その後のガス発生を促進する可能性があり、そのうちの二酸化炭素（CO）が主成分である。本研究では、LiMnFePO(正極)とLiTiO(負極)をベースとした2種類のAhパウチセルに、トラップシートとなるアルミ箔をコーティングするなど、COを化学的に吸収できるポリマーの混合物を導入したことを報告する。トラッピングシートを用いたパウチセルでは、基準サンプルの40vol%のインフレーションに対して、8.0vol%のインフレーション（ポリマー1gあたり2.7mmol CO）しか発生しなかった。さらに、細胞を1℃および45℃で570サイクル繰り返したところ、保持能力の80%に到達した。
Gas evolution in Li-ion batteries remains a barrier for the implementation of high voltage materials in a pouch cell format; the inflation of the pouch cell is a safety issue that can cause battery failure. In particular, for manganese-based materials employed for fabricating cathodes, the dissolution of Mn in the electrolyte can accelerate cell degradation, and subsequently gas evolution, of which carbon dioxide (CO) is a major component. We report on the utilization of a mixture of polymers that can chemically absorb the CO, including the coating of aluminum foils, which serve as trapping sheets, introduced into two Ah pouch cells-based on a LiMnFePO (cathode) and a LiTiO (anode). The pouch cells with trapping sheets experienced only an 8.0 vol% inflation (2.7 mmol CO per gram of polymers) as opposed to the 40 vol% inflation for the reference sample. Moreover, the cells were cycled for 570 cycles at 1 C and 45 °C before reaching 80% of their retention capacity.