Die Wirkung und der Einfluss der Membran auf eine Lithiumbatterie | Aro-Zwerchfell
Die Wirkung und der Einfluss der Membran auf eine Lithiumbatterie
Dicke
Die Dicke hängt vom Innenwiderstand ab, je dünner, desto kleiner der innere Widerstand, um so ein Hochleistungsladen und Entladen zu erreichen. So klein wie möglich unter einer bestimmten mechanischen Festigkeit, gilt: Je dicker die Durchstichfestigkeit, desto besser. Für verbrauchbare Lithium-Ionen-Batterien wird im Allgemeinen 25 μm als Standard für die Dicke des Separators verwendet. Im Licht der steigenden Nachfrage nach tragbaren Produkten werden jedoch Membranen von 16 μm und sogar dünner in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Bei Leistungsbatterien machen die mechanischen Anforderungen im Montageprozess die erforderliche Membran dicker, und die Sicherheitsleistung ist für Strombatterien sehr wichtig; eine dickere Membran bedeutet bessere Sicherheit.
Die Gleichmäßigkeit der Blendendicke ist ein besonders wichtiger Qualitätsindikator, der direkt die Erscheinungsqualität und die innere Leistung der Membranrolle beeinflusst. Sie muss während des Produktionsprozesses streng kontrolliert werden. In einer hochautomatisierten Membranproduktionslinie wird die Membrandicke automatisch durch ein sehr genaues, online-kontaktloses Dickenmessgerät und ein schnelles Rückkopplungssystem erfasst und gesteuert. Die Dickengleichmäßigkeit der Membran umfasst die Längsdickengleichmäßigkeit und die seitliche Dickengleichmäßigkeit, wobei die seitliche Dickengleichmäßigkeit besonders wichtig ist, und sie muss in der Regel innerhalb von ±1 Mikrometer kontrolliert werden.
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 in der Regel im Bereich von etwa 10 Mikrometern, und der Porendurchmesser beträgt in der Regel 0,03–0,12 μm. Zu kleine Porengröße erhöht den Widerstand, zu große Porengröße führt leicht dazu, dass die positiven und negativen Pole miteinander in Kontakt kommen oder durch Dendriten durchbohrt und kurzgeschlossen werden. Im Allgemeinen reicht die submikrongroße Membran aus, um den direkten Durchgang von Elektrodenpartikeln zu verhindern. Natürlich sind einige Probleme wie Mikro-Kurzschlüsse durch schlechte Elektrodenbehandlung und mehr Staub nicht ausgeschlossen.
Porosität
Porosität ist der Volumenprozentsatz der Poren im Volumen des Monomerfilms, was mit der Dichte des rohen Harzes und des Films zusammenhängt. Die Größe der Porosität steht in gewissem Zusammenhang mit dem inneren Widerstand, aber der absolute Wert der Porosität zwischen verschiedenen Membranarten kann nicht direkt verglichen werden. Die Porosität des vorhandenen Lithium-Ionen-Batterieseparators liegt zwischen 40 % und 50 %.
Atmungswiderstand
Theoretisch ist die Membran kein notwendiger Teil der Batterie. Es wird hinzugefügt, um die industrielle Produktion in Zukunft zu decken. Daher muss die Membran eine sehr wichtige Leistung erfüllen: Sie darf die elektrochemische Leistung der Batterie, die sich hauptsächlich im Innenwiderstand zeigt, nicht beeinträchtigen. Zwei Parameter werden verwendet, um diese Leistung zu bewerten:
MacMullin-Zahl: Das Verhältnis zwischen dem Widerstand der Membran mit dem Elektrolyten und dem Widerstand des Elektrolyten selbst. Je kleiner der Wert, desto besser, und der Wert einer verbrauchbaren Lithium-Ionen-Batterie liegt bei etwa 8.
Gurley-Zahl: Die Zeit, die ein bestimmtes Gasvolumen benötigt, um unter bestimmten Druckbedingungen durch einen bestimmten Bereich einer Membran zu fließen. Er ist proportional zum Innenwiderstand der Batterie, die mit der Membran montiert ist, das heißt, je höher der Wert, desto größer der Innenwiderstand. Es ist jedoch sinnlos, einfach die Gurley-Zahlen zweier verschiedener Membranen zu vergleichen, da ihre Mikrostrukturen völlig unterschiedlich sein können, aber die Gurley-Zahl desselben Membrantyps gut die Größe des inneren Widerstands widerspiegeln kann.
Temperatur
Geschlossene Zelltemperatur: Eine exotherme Reaktion im Inneren der Batterie selbsterwärmt, Überladen oder externer Kurzschluss der Batterie erzeugt viel Wärme, wodurch sich die Mikroporen schließen, wodurch die fortgesetzte Ionenübertragung blockiert wird und ein offener Stromkreis entsteht, der eine Rolle beim Schutz der Batterie spielt. Die Temperatur, wenn die Poren geschlossen sind, ist die geschlossene Porentemperatur. Bei kleinen Batterien ist der Effekt des thermischen Abschaltmechanismus jedoch begrenzt. Im Allgemeinen liegt PE bei 130–140 Cent und PP bei 150 Cent. Es ist besser, eine niedrigere geschlossene Zelltemperatur zu haben.
Die Membranbruchtemperatur bezieht sich auf die innere Selbsterwärmung der Batterie, und ein externer Kurzschluss erhöht die Innentemperatur der Batterie. Nachdem die Schlusstemperatur überschritten wurde, werden die Mikroporen blockiert, um den Stromfluss zu blockieren, und die Temperatur der Heißschmelzleistung steigt weiter, wodurch die Membran platzt und die Batterie kurzschlüsst. Die Temperatur zum Zeitpunkt des Bruchs ist die Platztemperatur. Eine höhere Platztemperatur ist besser.
Punktfestigkeit
Bei einer bestimmten Geschwindigkeit (3–5 Meter pro Minute) wird eine Nadel mit einem Durchmesser von 1 mm ohne scharfe Kanten gegen das ringförmige, feste Septum gestochen. Die maximale Kraft, die auf die Nadel ausgeübt wird, um das Septum zu durchdringen, wird als Stichfestigkeit bezeichnet. Eine ausreichende Durchstichfestigkeit kann verhindern, dass Lithium-Dendrite und Mastgrate die Membran durchbohren und Kurzschlüsse verursachen. Der Stichwiderstand liegt in der Regel bei 300–500g. Die im Test verwendete Methode unterscheidet sich jedoch stark von der tatsächlichen Batteriesituation. Es ist nicht besonders vernünftig, die Einstichfestigkeit der beiden Arten von Abscheidern direkt zu vergleichen.
Mechanische Festigkeit
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 steht im Zusammenhang mit dem Filmherstellungsprozess. Bei uniaxialer Dehnung unterscheidet sich die Festigkeit der Membran in Dehnungsrichtung von der in vertikaler Richtung; Bei biaxialer Dehnung ist die Konsistenz der Membran in beiden Richtungen ähnlich. Im Allgemeinen bezieht sich die Zugfestigkeit hauptsächlich darauf, dass die Längsfestigkeit mehr als 100 MP erreichen sollte und die Querfestigkeit nicht zu groß sein sollte. Zu viel führt zu einer Erhöhung der querschrumpfenden Rate. Diese Schrumpfung erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Hersteller von Lithiumbatterien mit positiven und negativen Elektroden in Kontakt kommen.
Infiltration
Um sicherzustellen, dass der Innenwiderstand der Batterie nicht zu hoch ist, ist es erforderlich, dass die Membran vollständig durch den in der Batterie verwendeten Elektrolyten benetzt werden kann. Einerseits hängt der Benetzbarkeitsgrad mit dem Material der Membran selbst zusammen, andererseits sind die Oberfläche und die innere Mikrostruktur der Membran eng miteinander verbunden. Eine bessere Benetzbarkeit trägt dazu bei, die Affinität von Membran und Elektrolyt zu verbessern, die Kontaktfläche zwischen Membran und Elektrolyt zu erweitern, wodurch die Ionenleitfähigkeit erhöht und die Lade- und Entladungsleistung sowie die Kapazität der Batterie verbessert werden. Die Benetzbarkeit kann gemessen werden, indem die Flüssigkeitsabsorptionsrate und die Flüssigkeitsspeicherrate gemessen werden.
Konsistenz
Aufgrund des Unterschieds im Vorbereitungsprozess kann die Konsistenz des Membrans ganz unterschiedlich sein. Konsistenz umfasst Selbstmerkmale wie die Abschlusstemperatur sowie scheinbare Konsistenz wie die Konsistenz des Lochs und die Dicke der Beobachtung unter dem Elektronenmikroskop. Je höher die Konsistenz des Zwerchfells, desto besser sind die anderen Leistungsaspekte.
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