Die Wirkung und der Einfluss von Membran auf Lithiumbatterien | Aro-Membran
Die Wirkung und der Einfluss von Membran auf Lithiumbatterien
Dicke
Die Dicke hängt vom Innenwiderstand ab, je dünner, desto kleiner der Innenwiderstand, um ein Laden und Entladen mit hoher Leistung zu erreichen. So klein wie möglich unter einer bestimmten mechanischen Festigkeit, je dicker die Durchstoßfestigkeit, desto besser. Für verbrauchbare Lithium-Ionen-Batterien wird in der Regel 25μm als Standard für die Dicke des Separators verwendet. In Form der steigenden Nachfrage nach tragbaren Produkten werden jedoch Membranen von 16 μm und sogar 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 bessere Sicherheit.
Die Gleichmäßigkeit der Membrandicke ist ein besonders wichtiger Qualitätsindikator, der sich direkt auf die Erscheinungsqualität und die innere Leistung der Membranwalze 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-Steuerungssystem erfasst und gesteuert. Die Dickengleichmäßigkeit der Membran umfasst die Gleichmäßigkeit der Längsdicke und die Gleichmäßigkeit der lateralen Dicke, von denen die Gleichmäßigkeit der lateralen Dicke 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 μm, und der Porendurchmesser beträgt im Allgemeinen 0,03-0,12um. Eine zu kleine Porengröße erhöht den Widerstand, eine zu große Porengröße führt leicht dazu, dass die positiven und negativen Pole Kontakt aufnehmen oder von Dendriten durchbohrt und kurzgeschlossen werden. Im Allgemeinen ist die Submikron-Porengrößenmembran ausreichend, um den direkten Durchgang von Elektrodenpartikeln zu verhindern. Natürlich sind einige Probleme wie Mikrokurzschlüsse durch schlechte Elektrodenoberflächenbehandlung und mehr Staub 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 bestimmte 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 der 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. Zwei Parameter werden verwendet, um diese Leistung zu bewerten:
MacMullin-Zahl: Das Verhältnis zwischen dem spezifischen Widerstand der Membran, die den Elektrolyten enthält, und dem spezifischen Widerstand des Elektrolyten selbst. Je kleiner der Wert, desto besser und der Wert eines verbrauchbaren Lithium-Ionen-Akkus liegt bei etwa 8.
Gurley-Zahl: Die Zeit, die ein bestimmtes Gasvolumen benötigt, um einen bestimmten Bereich einer Membran unter bestimmten Druckbedingungen zu passieren. Es ist proportional zum Innenwiderstand der mit der Membran montierten Batterie, dh je größer der Wert, desto größer der Innenwiderstand. Es ist jedoch sinnlos, einfach die Gurley-Zahlen von zwei verschiedenen Membranen zu vergleichen, da ihre Mikrostrukturen völlig unterschiedlich sein können, aber die Gurley-Zahl des gleichen Membrantyps kann die Größe des Innenwiderstands gut widerspiegeln.
Temperatur
Geschlossene Zelltemperatur: Exotherme Reaktion in 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 gebildet wird, der eine Rolle beim Schutz der Batterie spielt. Bei kleinen Batterien ist die Wirkung des thermischen Abschaltmechanismus jedoch begrenzt. Im Allgemeinen ist PE 130-140 ° C und PP ist 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 Heißkleberfüllung steigt weiter an, was zum Bruch der Membran und zum Kurzschluss der Batterie führt. 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 das Septum zu durchdringen, wird als Durchstichstärke bezeichnet. Eine ausreichende Durchstoßfestigkeit kann verhindern, dass Lithiumdendriten und Polstückgrate die Membran durchdringen und Kurzschlüsse verursachen. Der Durchstoßwiderstandswert 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
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 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 Elektrolyt vollständig benetzt werden kann. Zum einen hängt der Grad der Benetzbarkeit mit dem Membranmaterial selbst zusammen, zum anderen hängen die Oberfläche und die innere Mikrostruktur der Membran eng zusammen. Eine bessere Benetzbarkeit ist förderlich für die Verbesserung der Affinität der Membran und des Elektrolyten, die Erweiterung der Kontaktfläche zwischen der Membran und dem Elektrolyten, 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 Herstellungsprozess kann die Konsistenz des Zwerchfells sehr unterschiedlich sein. Die Konsistenz umfasst Selbstmerkmale wie die Schließtemperatur sowie scheinbare Konsistenzen 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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