リチウムイオン電池の電解質充填の理解

電極およびセパレーターの電解質充填は、リチウムイオン電池製造プロセスにおいて重要なステップです。不完全な充填は、電気化学的性能、サイクル寿命、およびセルの安全性に悪影響を与えます。ここでは、部分湿潤の理論からの概念を適用して、電解質充填中に発生するガス閉じ込めの量を説明し、これが実験的に測定される期待される効果的輸送係数が低い理由を説明できることを示します。ポリエチレンセパレーターをモデルシステムとして考えます。セパレーター構造の3D再構成に対する準静的充填シミュレーションから、充填中にセパレーターの幾何学的な理由で最大30%のガス閉じ込めがある可能性があることが示され、それが効果的輸送を>40%低下させる結果になることが示されています。電解質の動力学（例：粘度）および充填プロセスを考慮することで、残留ガス相が通常少ない（15%-20%）理由や、よく濡れる電解質の場合、粘度が増加することでガス閉じ込めの値が高くなることが観察されています。この研究は、電解質および孔表面の物理化学的特性だけでなく、孔空間の3D構造を最適化する重要性を強調し、その方法についての洞察を提供します。