Die Wirkung und der Einfluss der Membran auf die Lithiumbatterie | Aro Membran



Die Wirkung und der Einfluss der Membran auf die Lithiumbatterie

Dicke

Die Dicke hängt vom Innenwiderstand ab, je dünner, desto kleiner der Innenwiderstand, um eine hochleistungsreiche Be- und Entladung zu erreichen. So klein wie möglich unter einer bestimmten mechanischen Festigkeit, je dicker die Durchstichfestigkeit, desto besser. Für Lithium-Ionen-Verbrauchsbatterien werden in der Regel 25μm als Standard für die Dicke des Separators verwendet. In Form der steigenden Nachfrage nach tragbaren Produkten werden jedoch Membranen von 16μm und noch dünner in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Bei Power-Batterien machen die mechanischen Anforderungen im Montageprozess die erforderliche Membran dicker, und die Sicherheitsleistung ist für Power-Batterien sehr wichtig, und eine dickere Membran bedeutet mehr Sicherheit.

Die Gleichmäßigkeit der Dicke der Membran ist ein besonders wichtiger Qualitätsindikator, der sich direkt auf die Optikqualität und die Innenleistung der Membranrolle auswirkt. Es muss während des Produktionsprozesses streng kontrolliert werden. In einer hochautomatisierten Membranproduktionslinie wird die Membrandicke automatisch durch ein hochgenaues berührungsloses Online-Dickenmessgerät und ein schnelles Feedback-Kontrollsystem erkannt und gesteuert. Die Dickengleichmäßigkeit der Membran umfasst die Längsdickengleichmäßigkeit und die laterale Dickengleichmäßigkeit, von denen die laterale Dickengleichmäßigkeit besonders wichtig ist und im Allgemeinen innerhalb von ±1 Mikron kontrolliert werden muss.

Blende

Das Lithium-Batterie-Separatormaterial selbst hat eine mikroporöse Struktur, und die Verteilung der Mikroporen im gesamten Separatormaterial sollte gleichmäßig sein. Die derzeit verwendeten Elektrodenpartikel liegen im Allgemeinen in der Größenordnung von 10 Mikrometern, und der Porendurchmesser beträgt im Allgemeinen 0,03-0,12um. Eine zu kleine Porengröße erhöht den Widerstand, eine zu große Porengröße lässt die positiven und negativen Pole leicht in Kontakt treten oder von Dendriten durchbohrt und kurzgeschlossen werden. Im Allgemeinen reicht die Porenmembran in Submikrongröße aus, um den direkten Durchgang von Elektrodenpartikeln zu verhindern. Natürlich sind einige Probleme wie Mikrokurzirkel, die durch schlechte Elektrodenoberflächenbehandlung und mehr Staub verursacht werden, nicht ausgeschlossen.

Porosität

Porosität ist der Volumenprozentsatz der Poren im Volumen des Monomerfilms, der mit der Dichte des Rohharzes und des Films zusammenhängt. Die Größe der Porosität hat eine gewisse Beziehung zum Innenwiderstand, aber der absolute Wert der Porosität zwischen verschiedenen Arten von Membranen kann nicht direkt verglichen werden. Die Porosität des vorhandenen Lithium-Ionen-Batterieseparators liegt zwischen 40%-50%.

Atmungsaktiver Widerstand

Theoretisch ist die Membran kein notwendiger Teil der Batterie. Es wird hinzugefügt, um die industrielle Produktion in Zukunft zu erfüllen. Daher muss die Membran eine sehr wichtige Leistung erfüllen: Sie kann die elektrochemische Leistung der Batterie nicht verschlechtern, die sich hauptsächlich im Innenwiderstand manifestiert. Zur Bewertung dieser Leistung werden zwei Parameter verwendet:

MacMullin-Zahl: Das Verhältnis zwischen dem Widerstand der Membran, die den Elektrolyten enthält, und dem Widerstand des Elektrolyten selbst. Je kleiner der Wert, desto besser und der Wert eines Lithium-Ionen-Verbrauchsakkus liegt bei etwa 8.

Gurley-Zahl: Die Zeit, die benötigt wird, bis ein bestimmtes Gasvolumen unter bestimmten Druckbedingungen einen bestimmten Bereich einer Membran passiert. Es ist proportional zum Innenwiderstand der mit der Membran montierten Batterie, dh je größer der Wert, desto größer der Innenwiderstand. Es ist jedoch bedeutungslos, einfach die Gurley-Zahlen von zwei verschiedenen Membranen zu vergleichen, da ihre Mikrostrukturen völlig unterschiedlich sein können, aber die Gurley-Zahl der gleichen Art von Membran kann die Größe des Innenwiderstands gut widerspiegeln.

Temperatur

Geschlossene Zelltemperatur: Exotherme Reaktion innerhalb der Batterie Selbsterwärmung, Überladung oder externer Kurzschluss der Batterie erzeugt viel Wärme, wodurch sich die Mikroporen schließen, wodurch die fortgesetzte Übertragung von Ionen blockiert wird und ein offener Kreislauf entsteht, der eine Rolle beim Schutz der Batterie spielt. Bei kleinen Batterien ist die Wirkung des thermischen Abschaltmechanismus jedoch begrenzt. Im Allgemeinen beträgt PE 130-140 ° C und PP 150 ° C. Es ist besser, eine niedrigere geschlossene Zelltemperatur zu haben.

Die Membranbruchtemperatur bezieht sich auf die interne Selbsterwärmung der Batterie, und ein externer Kurzschluss erhöht die Innentemperatur der Batterie. Nachdem die Schließtemperatur überschritten wurde, werden die Mikroporen blockiert, um den Stromfluss zu blockieren, und die Temperatur der Hotmeltleistung steigt weiter an, wodurch die Membran reißt und die Batterie kurzschließt. Die Temperatur zum Zeitpunkt des Bruchs ist die Bruchtemperatur. Eine höhere Bruchtemperatur ist besser.

Durchstoßfestigkeit

Bei einer bestimmten Geschwindigkeit (3-5 Meter pro Minute) wird eine Nadel mit einem Durchmesser von 1mm ohne scharfe Kanten gegen das ringförmige feste Septum gestochen. Die maximale Kraft, die auf die Nadel ausgeübt wird, um in das Septum einzudringen, wird als Durchstichfestigkeit bezeichnet. Eine ausreichende Durchstoßfestigkeit kann verhindern, dass Lithiumdendriten und Polstückgrate die Membran durchdringen und Kurzschlüsse verursachen. Der Durchstoßfestigkeitswert beträgt in der Regel 300-500g. Die im Test verwendete Methode unterscheidet sich jedoch stark von der tatsächlichen Batteriesituation. Es ist nicht besonders sinnvoll, die Durchstoßfestigkeit der beiden Separatorentypen direkt zu vergleichen.

Mechanische Festigkeit

Die mechanische Festigkeit bezieht sich hauptsächlich auf die Zugfestigkeit der Membran, und eine ausreichende Zugfestigkeit kann verhindern, dass sich die Membran verformt. Die Zugfestigkeit der Membran hängt mit dem Filmherstellungsprozess zusammen. Wenn einachsige Dehnung verwendet wird, unterscheidet sich die Stärke der Membran in der Dehnrichtung von der in vertikaler Richtung; Wenn biaxiale Dehnung verwendet wird, ist die Konsistenz der Membran in den beiden Richtungen ähnlich. Im Allgemeinen bezieht sich die Zugfestigkeit hauptsächlich darauf, dass die Längsfestigkeit mehr als 100MP erreichen sollte und die Querfestigkeit nicht zu groß sein sollte. Zu viel führt zu einer Erhöhung der Querschrumpfrate. Diese Schrumpfung erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Lithiumbatteriehersteller die positiven und negativen Elektroden kontaktieren.

Infiltration

Um sicherzustellen, dass der Innenwiderstand der Batterie nicht zu groß ist, ist es erforderlich, dass die Membran durch den in der Batterie verwendeten Elektrolyten vollständig benetzt werden kann. Zum einen hängt der Benetzbarkeitsgrad mit dem Membranmaterial selbst zusammen, zum anderen hängen Oberfläche und innere Mikrostruktur der Membran eng zusammen. Eine bessere Benetzbarkeit ist förderlich, um die Affinität der Membran und des Elektrolyten zu verbessern, die Kontaktfläche zwischen der Membran und dem Elektrolyten zu erweitern, wodurch die Ionenleitfähigkeit erhöht und die Lade- und Entladeleistung und -kapazität der Batterie verbessert wird. Die Benetzbarkeit kann durch Messung der Flüssigkeitsabsorptionsrate und der Flüssigkeitshalterate gemessen werden.

Konsistenz

Aufgrund des Unterschieds im Zubereitungsprozess kann die Konsistenz der Membran sehr unterschiedlich sein. Konsistenz umfasst Selbsteigenschaften wie Schließtemperatur sowie scheinbare Konsistenz wie die Konsistenz des Lochs und die Dicke der Beobachtung unter dem Elektronenmikroskop. Je höher die Konsistenz der Membran, desto besser die anderen Aspekte der Leistung.
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