Het effect en de invloed van het membraan op lithiumbatterijen | Aro-diafragma
Het effect en de invloed van het membraan op een lithiumbatterij
dikte
De dikte hangt samen met de interne weerstand, hoe dunner, hoe kleiner de interne weerstand, om zo hoogvermogen opladen en ontladen te bereiken. Zo klein mogelijk onder een bepaalde mechanische sterkte, hoe dikker de priksterkte, hoe beter. Voor verbruikbare lithium-ionbatterijen wordt 25μm doorgaans als standaard gebruikt voor de dikte van de separator. Door de toenemende vraag naar draagbare producten zijn diafragma's van 16μm en zelfs dunner echter in een breed scala aan toepassingen gaan worden gebruikt. Voor stroombatterijen maken de mechanische vereisten in het assemblageproces het vereiste membraan dikker, en veiligheidsprestaties zijn erg belangrijk voor stroombatterijen, en een dikkere membraan betekent betere veiligheid.
De uniformiteit van de dikte van het membraan is een bijzonder belangrijke kwaliteitsindicator, die direct invloed heeft op de uiterlijkskwaliteit en de interne prestaties van de membraanrol. Het moet streng worden gecontroleerd tijdens het productieproces. In een hooggeautomatiseerde membraanproductielijn wordt de dikte van het membraan automatisch gedetecteerd en geregeld door een zeer nauwkeurige online non-contact diktemeter en een snel terugkoppelingssysteem. De dikteuniformiteit van het membraan omvat longitudinale dikte-uniformiteit en laterale dikte-uniformiteit, waarbij de laterale dikte-uniformiteit bijzonder belangrijk is, en deze moet doorgaans binnen ±1 micron worden gecontroleerd.
Opening
Het lithiumbatterij-separatormateriaal zelf heeft een microporeuze structuur, en de verdeling van microporiën in het gehele separatormateriaal moet uniform zijn. De elektrodedeeltjes die momenteel worden gebruikt, liggen doorgaans rond de orde van 10 micron, en de poriediameter is doorgaans 0,03-0,12 μm. Te kleine poriegrootte verhoogt de weerstand, te grote poriegrootte zorgt ervoor dat de positieve en negatieve polen gemakkelijk contact maken of door dendrieten worden doorboord en kortgesloten. Over het algemeen is het submicron-poriegrootte membraan voldoende om de directe doorgang van elektrodedeeltjes te voorkomen. Natuurlijk worden sommige problemen zoals microkortsluiting veroorzaakt door slechte elektrode-oppervlakbehandeling en meer stof niet uitgesloten.
Poreusheid
Porositeit is het volumepercentage poriën in het volume van de monomeerfilm, wat gerelateerd is aan de dichtheid van de ruwe hars en de film. De grootte van de porositeit heeft een bepaalde relatie met de interne weerstand, maar de absolute waarde van de porositeit tussen verschillende soorten membranen kan niet direct worden vergeleken. De porositeit van de bestaande lithium-ion batterijseparator ligt tussen 40% en 50%.
Ademende weerstand
Theoretisch gezien is het membraan geen noodzakelijk onderdeel van de batterij. Het zal worden toegevoegd om in de toekomst aan de industriële productie te voldoen. Daarom moet het membraan een zeer belangrijke prestatie leveren: het mag de elektrochemische prestaties van de accu niet aantasten, wat zich vooral uit in de interne weerstand. Twee parameters worden gebruikt om deze prestaties te evalueren:
MacMullin-getal: De verhouding tussen de weerstand van het membraan met de elektrolyt en de weerstand van de elektrolyt zelf. Hoe kleiner de waarde, hoe beter, en de waarde van een verbruikbare lithium-ionbatterij is ongeveer 8.
Gurley-getal: De tijd die nodig is voor een bepaald volume gas om door een bepaald gebied van een diafragma te gaan onder bepaalde drukomstandigheden. Deze is evenredig met de interne weerstand van de batterij die met het membraan is gemonteerd, dat wil zeggen: hoe groter de waarde, hoe groter de interne weerstand. Het is echter zinloos om simpelweg de Gurley-getallen van twee verschillende membranen te vergelijken, omdat hun microstructuren volledig verschillend kunnen zijn, maar het Gurley-getal van hetzelfde type membraan kan goed de grootte van de interne weerstand weerspiegelen.
temperatuur
Gesloten celtemperatuur: Exotherme reactie in de batterij zelfverwarmend, overladen of externe kortsluiting van de batterij veroorzaakt veel warmte, waardoor de microporiën sluiten, waardoor de voortzetting van ionen wordt geblokkeerd en een open circuit ontstaat, wat een rol speelt in de bescherming van de batterij. De temperatuur wanneer de poriën gesloten zijn is de gesloten porietemperatuur. Maar voor kleine batterijen is het effect van het thermische uitschakelmechanisme beperkt. Over het algemeen is PE 130-140 â en PP 150 cent. Het is beter om een lagere gesloten celtemperatuur te hebben.
Membraanbreuktemperatuur verwijst naar de interne zelfverwarming van de batterij, en een externe kortsluiting verhoogt de interne temperatuur van de batterij. Nadat de sluittemperatuur is overschreden, worden de microporiën geblokkeerd om de stroom te blokkeren, en stijgt de temperatuur van de smeltkracht verder, waardoor het membraan barst en de batterij kortsluit. De temperatuur op het moment van de breuk is de breuktemperatuur. Een hogere ruptuurtemperatuur is beter.
Perforatie sterkte
Bij een bepaalde snelheid (3-5 meter per minuut) wordt een naald met een diameter van 1 mm zonder scherpe randen tegen het ringvormige vaste septum doorboord. De maximale kracht die op de naald wordt uitgeoefend om het septum te penetreren, wordt de priksterkte genoemd. Voldoende penetratiesterkte kan voorkomen dat lithiumdendrieten en poolstukbramen het membraan doorboren en kortsluitingen veroorzaken. De prikweerstand ligt over het algemeen tussen 300 en 500 g. De methode die in de test wordt gebruikt verschilt echter sterk van de werkelijke batterijsituatie. Het is niet bijzonder redelijk om de penetratiesterkte van de twee typen separatoren direct te vergelijken.
Mechanische sterkte
Mechanische sterkte verwijst voornamelijk naar de treksterkte van het membraan, en voldoende treksterkte kan voorkomen dat het membraan vervormt. De treksterkte van het membraan hangt samen met het filmproductieproces. Wanneer uniaxiale rek wordt gebruikt, is de sterkte van het membraan in de rekrichting anders dan die in de verticale richting; Wanneer biaxiale rek wordt gebruikt, zal de consistentie van het membraan in beide richtingen vergelijkbaar zijn. Over het algemeen verwijst de treksterkte vooral naar het feit dat de longitudinale sterkte meer dan 100 MP moet bereiken, en de dwarssterkte niet te groot moet zijn. Te veel zal leiden tot een toename van de transversale krimpsnelheid. Deze krimp vergroot de kans dat lithiumbatterijfabrikanten contact maken met de positieve en negatieve elektroden.
Infiltratie
Om te voorkomen dat de interne weerstand van de batterij te groot is, is het vereist dat het membraan volledig bevochtigd kan worden door de elektrolyt die in de batterij wordt gebruikt. Enerzijds hangt de mate van bevochtigbaarheid samen met het membraanmateriaal zelf, en anderzijds zijn het oppervlak en de interne microstructuur van het membraan nauw verbonden. Betere bevochtigbaarheid draagt bij aan het verbeteren van de affiniteit van het membraan en de elektrolyt, waardoor het contactoppervlak tussen het membraan en de elektrolyt wordt vergroot, waardoor de ionengeleidbaarheid toeneemt en de laad- en ontlaadprestaties en capaciteit van de batterij verbetert. De bevochtigbaarheid kan worden gemeten door de absorptiesnelheid en de vasthoudende vloeistof te meten.
consistentie
Door het verschil in het bereidingsproces kan de consistentie van het membraan behoorlijk verschillen. Consistentie omvat zelfkenmerken zoals sluitingstemperatuur, evenals schijnbare consistentie zoals de consistentie van het gat en de dikte van de waarneming onder de elektronenmicroscoop. Hoe hoger de consistentie van het middenrif, hoe beter de andere prestaties.
Aro-diafragma
