El efecto y la influencia de la membrana en la batería de litio | Membrana Aro
El efecto y la influencia de la membrana en la batería de litio
espesor
El grosor está relacionado con la resistencia interna: cuanto más delgado, menor es la resistencia interna, logrando así una carga y descarga de alta potencia. Debe ser lo más pequeño posible bajo una cierta resistencia mecánica; cuanto más grueso, mejor es la resistencia a la perforación. Para las baterías de iones de litio de consumo, generalmente se usa 25 μm como estándar para el grosor del separador. Sin embargo, con la creciente demanda de productos portátiles, los separadores de 16 μm e incluso más delgados han comenzado a usarse en una amplia gama de aplicaciones. Para las baterías de potencia, los requisitos mecánicos en el proceso de ensamblaje hacen que el separador requerido sea más grueso, y el rendimiento de seguridad es muy importante para las baterías de potencia; un separador más grueso significa mejor seguridad.
La uniformidad del grosor del separador es un indicador de calidad particularmente importante, que afecta directamente la calidad de apariencia y el rendimiento interno del rollo de separador. Debe controlarse estrictamente durante el proceso de producción. En una línea de producción de separadores altamente automatizada, el grosor del separador se detecta y controla automáticamente mediante un medidor de grosor en línea sin contacto de alta precisión y un sistema de control de retroalimentación rápida. La uniformidad del grosor del separador incluye la uniformidad longitudinal y la uniformidad transversal, siendo esta última particularmente importante; generalmente se requiere controlarla dentro de ±1 micrón.
Apertura de poro
El material del separador de batería de litio tiene una estructura microporosa, y la distribución de los microporos en todo el material del separador debe ser uniforme. Las partículas de electrodo utilizadas actualmente son generalmente del orden de 10 micrones, y el diámetro de poro es generalmente de 0.03-0.12 um. Un diámetro de poro demasiado pequeño aumentará la resistencia; un diámetro demasiado grande hará que los polos positivo y negativo se contacten fácilmente o sean perforados y cortocircuitados por dendritas. En general, la membrana con tamaño de poro submicrónico es suficiente para evitar el paso directo de partículas de electrodo. Por supuesto, no se excluyen algunos problemas como microcortocircuitos causados por un mal tratamiento de la superficie del electrodo y más polvo.
Porosidad
La porosidad es el porcentaje de volumen de poros en el volumen de la película monomérica, que está relacionado con la densidad de la resina cruda y la película. El tamaño de la porosidad tiene cierta relación con la resistencia interna, pero el valor absoluto de la porosidad entre diferentes tipos de membranas no se puede comparar directamente. La porosidad de los separadores de baterías de iones de litio existentes está entre 40%-50%.
Resistencia a la respiración
Teóricamente, el separador no es una parte necesaria de la batería. Se agregará para satisfacer la producción industrial en el futuro. Por lo tanto, el separador debe cumplir un rendimiento muy importante: no puede deteriorar el rendimiento electroquímico de la batería, lo que se manifiesta principalmente en la resistencia interna. Se utilizan dos parámetros para evaluar este rendimiento:
Número de MacMullin: la relación entre la resistividad del separador que contiene el electrolito y la resistividad del propio electrolito. Cuanto menor sea el valor, mejor, y el valor de una batería de iones de litio de consumo es de aproximadamente 8.
Número de Gurley: el tiempo requerido para que un cierto volumen de gas pase a través de un área determinada de un separador bajo ciertas condiciones de presión. Es proporcional a la resistencia interna de la batería ensamblada con el separador, es decir, cuanto mayor es el valor, mayor es la resistencia interna. Sin embargo, no tiene sentido comparar simplemente los números de Gurley de dos separadores diferentes, porque sus microestructuras pueden ser completamente diferentes, pero el número de Gurley del mismo tipo de separador puede reflejar bien el tamaño de la resistencia interna.
Temperatura
Temperatura de cierre de celda: la reacción exotérmica dentro de la batería, el autocalentamiento, la sobrecarga o el cortocircuito externo de la batería generarán mucho calor, lo que hace que los microporos se cierren, bloqueando así la transmisión continua de iones y formando un circuito abierto, lo que juega un papel en la protección de la batería. La temperatura cuando se cierran los poros es la temperatura de cierre de poro. Pero para baterías pequeñas, el efecto del mecanismo de apagado térmico es limitado. Generalmente, PE es 130-140 °C, y PP es 150 °C. Es mejor tener una temperatura de cierre de celda más baja.
La temperatura de ruptura de la membrana se refiere al autocalentamiento interno de la batería, y un cortocircuito externo aumenta la temperatura interna de la batería. Después de exceder la temperatura de cierre, los microporos se bloquean para impedir el flujo de corriente, y la temperatura del rendimiento de fusión en caliente aumenta aún más, causando que la membrana se rompa y la batería se cortocircuite. La temperatura en el momento de la ruptura es la temperatura de ruptura. Una temperatura de ruptura más alta es mejor.
Resistencia a la perforación
A una cierta velocidad (3-5 metros por minuto), una aguja con un diámetro de 1 mm sin bordes afilados se perfora contra el separador fijo en forma de anillo. La fuerza máxima aplicada a la aguja para penetrar el separador se llama resistencia a la perforación. Una resistencia a la perforación suficiente puede evitar que las dendritas de litio y las rebabas de las piezas polares perforen el separador y causen cortocircuitos. El valor de resistencia a la perforación es generalmente de 300-500 g. Sin embargo, el método utilizado en la prueba es muy diferente de la situación real de la batería. No es particularmente razonable comparar directamente la resistencia a la perforación de los dos tipos de separadores.
Resistencia mecánica
La resistencia mecánica se refiere principalmente a la resistencia a la tracción del diafragma, y una resistencia a la tracción suficiente puede evitar que el diafragma se deforme. La resistencia a la tracción del diafragma está relacionada con el proceso de fabricación de la película. Cuando se utiliza estiramiento uniaxial, la resistencia del diafragma en la dirección de estiramiento es diferente de la de la dirección vertical; cuando se utiliza estiramiento biaxial, la consistencia del diafragma en las dos direcciones será similar. Generalmente, la resistencia a la tracción se refiere principalmente a que la resistencia longitudinal debe alcanzar más de 100 MPa, y la resistencia transversal no debe ser demasiado grande. Un exceso provocará un aumento en la tasa de contracción transversal. Esta contracción aumentará la posibilidad de que los fabricantes de baterías de litio pongan en contacto los electrodos positivo y negativo.
Infiltración
Para garantizar que la resistencia interna de la batería no sea demasiado grande, se requiere que el diafragma pueda ser completamente humedecido por el electrolito utilizado en la batería. Por un lado, el grado de humectabilidad está relacionado con el material del diafragma en sí, y por otro lado, está estrechamente relacionado con la superficie y la microestructura interna del diafragma. Una mejor humectabilidad es beneficiosa para mejorar la afinidad entre el diafragma y el electrolito, ampliando la superficie de contacto entre el diafragma y el electrolito, aumentando así la conductividad iónica y mejorando el rendimiento de carga y descarga y la capacidad de la batería. La humectabilidad se puede medir midiendo su tasa de absorción de líquido y su tasa de retención de líquido.
Consistencia
Debido a las diferencias en el proceso de preparación, la consistencia del diafragma puede variar considerablemente. La consistencia incluye características propias como la temperatura de cierre, así como la consistencia aparente como la consistencia del orificio y el grosor observados bajo el microscopio electrónico. Cuanto mayor sea la consistencia del diafragma, mejor será su rendimiento en otros aspectos.
Diafragma Aro
