El efecto y la influencia del diafragma en la batería de litio | Diafragma Aro
El efecto y la influencia del diafragma en la batería de litio
espesor
El grosor está relacionado con la resistencia interna, cuanto más delgada menor es la resistencia interna, para lograr una carga y descarga de alta potencia. Tan pequeño como sea posible bajo una cierta resistencia mecánica, cuanto más gruesa sea la resistencia a la perforación, mejor. Para las baterías consumibles de iones de litio, generalmente se usan 25 μm como estándar para el grosor del separador. Sin embargo, en forma de creciente demanda de productos portátiles, los diafragmas 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 diafragma requerido sea más grueso, y el rendimiento de seguridad es muy importante para las baterías de potencia, y un diafragma más grueso significa una mejor seguridad.
La uniformidad del grosor del diafragma es un indicador de calidad particularmente importante, que afecta directamente la calidad de la apariencia y el rendimiento interno del rollo de diafragma. Debe controlarse estrictamente durante el proceso de producción. En una línea de producción de diafragma altamente automatizada, el grosor del diafragma se detecta y controla automáticamente mediante un medidor de espesor sin contacto en línea de alta precisión y un sistema de control de retroalimentación rápida. La uniformidad del espesor del diafragma incluye la uniformidad del espesor longitudinal y la uniformidad del espesor lateral, de los cuales la uniformidad del espesor lateral es particularmente importante, y generalmente se requiere que se controle dentro de ±1 micra.
Abertura
El material separador de la batería de litio en sí tiene una estructura microporosa, y la distribución de microporos en todo el material separador debe ser uniforme. Las partículas de electrodo utilizadas actualmente son generalmente del orden de 10 micras, y el diámetro de poro es generalmente 0.03-0.12um. Un tamaño de poro demasiado pequeño aumentará la resistencia, un tamaño de poro demasiado grande hará que los polos positivo y negativo entren fácilmente o sean perforados y cortocircuitados por dendritas. En términos generales, la membrana del tamaño de poro submicrónico es suficiente para evitar el paso directo de partículas de electrodos. Por supuesto, no se excluyen algunos problemas como el microcortocircuito causado 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 de monómero, que está relacionado con la densidad de la resina cruda y la película. El tamaño de la porosidad tiene una 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 del separador de batería de iones de litio existente está entre 40% -50%.
Resistencia transpirable
Teóricamente hablando, el diafragma no es una parte necesaria de la batería. Se agregará para satisfacer la producción industrial en el futuro. Por lo tanto, el diafragma debe cumplir con un rendimiento muy importante: no puede deteriorar el rendimiento electroquímico de la batería, 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 diafragma que contiene el electrolito y la resistividad del electrolito mismo. Cuanto menor sea el valor, mejor, y el valor de una batería consumible de iones de litio es de aproximadamente 8.
Número de Gurley: El tiempo requerido para que un cierto volumen de gas pase a través de cierta área de un diafragma bajo ciertas condiciones de presión. Es proporcional a la resistencia interna de la batería ensamblada con el diafragma, es decir, cuanto mayor sea el valor, mayor será la resistencia interna. Sin embargo, no tiene sentido simplemente comparar los números de Gurley de dos diafragmas diferentes, porque sus microestructuras pueden ser completamente diferentes, pero el número de Gurley del mismo tipo de diafragma puede reflejar bien el tamaño de la resistencia interna.
temperatura
Temperatura de celda cerrada: La reacción exotérmica dentro de la batería de autocalentamiento, sobrecarga o cortocircuito externo de la batería generará mucho calor, haciendo que los microporos se cierren, bloqueando así la transmisión continua de iones y formando un circuito abierto, que desempeña un papel en la protección de la batería. La temperatura cuando los poros están cerrados es la temperatura del poro cerrado. Pero para las baterías pequeñas, el efecto del mecanismo de apagado térmico es limitado. Generalmente, el PE es de 130-140 ° C y el PP es de 150 ° C. Es mejor tener una temperatura de celda cerrada 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 bloquear el flujo de corriente, y la temperatura del rendimiento de fusión en caliente aumenta aún más, causando que el diafragma 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 cierta velocidad (3-5 metros por minuto), se perfora una aguja con un diámetro de 1 mm sin bordes afilados contra el tabique fijo en forma de anillo. La fuerza máxima aplicada a la aguja para penetrar el tabique se llama fuerza de punción. Una resistencia a la perforación suficiente puede evitar que las dendritas de litio y las rebabas de la pieza del poste perforen el diafragma 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 realización de la película. Cuando se utiliza el estiramiento uniaxial, la resistencia del diafragma en la dirección de estiramiento es diferente de la de la dirección vertical; Cuando se utiliza el estiramiento biaxial, la consistencia del diafragma en las dos direcciones será similar. En general, la resistencia a la tracción se refiere principalmente a que la resistencia longitudinal debe alcanzar más de 100MP, y la resistencia transversal no debe ser demasiado grande. Demasiado conducirá a un aumento en la tasa de contracción transversal. Esta contracción aumentará la posibilidad de que los fabricantes de baterías de litio entren en contacto con los electrodos positivos y negativos.
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, la superficie y la microestructura interna del diafragma están estrechamente relacionadas. Una mejor humectabilidad es propicia para mejorar la afinidad del diafragma y el electrolito, expandiendo la superficie de contacto entre el diafragma y el electrolito, aumentando así la conductividad iónica y mejorando el rendimiento y la capacidad de carga y descarga de la batería. La humectabilidad se puede medir midiendo su tasa de absorción de líquido y la tasa de retención de líquido.
consistencia
Debido a la diferencia en el proceso de preparación, la consistencia del diafragma puede ser bastante diferente. La consistencia incluye características propias, como la temperatura de cierre, así como la consistencia aparente, como la consistencia del agujero y el grosor de la observación bajo el microscopio electrónico. Cuanto mayor sea la consistencia del diafragma, mejores serán los otros aspectos del rendimiento.
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