Kurze Beschreibung des Separators der Lithium-Ionen-Batterie

1. Einführung in das Trennzeichen (1)

1.1 Der Einfluss von Rohstoffen und Herstellungsverfahren auf die Leistung des Abscheiders

1.1.1 Definition und Funktion der Isolationsmembran

Der Separator ist ein wichtiger Bestandteil einer Lithiumionenbatterie und eine mikroporöse Membran zum Trennen von positiven und negativen Elektrodenblättern. Er ist ein Polymerfunktionsmaterial mit einer mikroporösen Struktur im Nanometerbereich. Seine Hauptfunktion besteht darin, zu verhindern, dass sich die beiden Pole berühren und kurzschließen, während Elektrolytionen durchgelassen werden. Seine Leistung bestimmt die Schnittstellenstruktur und den Innenwiderstand der Batterie, was sich direkt auf die Batteriekapazität, die Zirkulation und die Batteriesicherheitsleistung auswirkt.

1.1.2 Rohstoffe für den Abscheider

Gegenwärtig sind die kommerziellen Lithiumionenbatterie-Separatorprodukte hauptsächlich mikroporöse Membranen, die aus Polyolefinmaterialien hergestellt werden. Die Hauptrohstoffe sind hochmolekulares Polyethylen und Polypropylen. Die Produkte umfassen eine Polyethylen-PE-Einschichtfolie, eine Polypropylen-PP-Einschichtfolie und eine durch PP und PE zusammengesetzte mehrschichtige mikroporöse PP / PE / PP-Membran. Polyolefinmaterialien haben die Vorteile einer hohen Festigkeit, einer guten Säure- und Alkalikorrosionsbeständigkeit, einer Wasserbeständigkeit, einer chemischen Beständigkeit, einer guten Biokompatibilität und keiner Toxizität. Die industrielle Vorbereitung ist ausgereift. Lithium-Ionen-Batterieseparatoren, die sich in der Forschungsphase befinden oder noch nicht in großem Maßstab verwendet wurden, umfassen PET / Cellulose-Vliesstoffe, poröse Membranen aus Polyvinylidenfluorid (PVDF), elektrogesponnene poröse Membranen aus Polyimid (PI) und PE, PVDF, PP PI-modifizierter Film und dergleichen.

PE-Folienanforderungen für HDPE-Rohstoffe:

1) Hervorragende Mischbarkeit, HDPE-Löslichkeit ist gut, Schmelztemperatur ist höher als 135 ° C, Dichte 95% -99%, garantiert zusammen mit organischen Alkanen gelöst, bildet eine homogene Lösung, ist die Garantie für die Konsistenz der Membran .

2) Geeignete Molekulargewichts- und Molekulargewichtsverteilung, Molekulargewicht größer als 300.000, enge Verteilung, PDI = Mw / Mn = 6-8, um die Verarbeitungseigenschaften und mechanischen Eigenschaften der Membran sicherzustellen.

3) Geringer Gel- und Verunreinigungsgehalt, es gibt den einzigen Hauptabbaupeak in der DSC-Kurve, die Rohmaterialkomponente ist einfach und die anorganischen Verunreinigungen sind gering, was die Qualität des Abscheiders sicherstellt.

4) Weichmacher und Extraktionsmittel, flüssiges Paraffin (normales Paraffin C16-C20) als Weichmacher, Dichlormethan als Extraktionsmittel garantieren die Gleichmäßigkeit der Porenbildung.

PP-Folienanforderungen für PP-Rohstoffe:

5) Es hat einen höheren isotaktischen Index, die Messkomponente muss größer als 95% sein und die Schmelztemperatur ist größer als 163 ° C, um eine gute Kristallisation und Lochbildung sicherzustellen.

6) Geeignete Molekulargewichts- und Molekulargewichtsverteilung, Molekulargewicht größer als 400.000, Verteilung, PDI = Mw / Mn = 6-8, um die Verarbeitungseigenschaften und mechanischen Eigenschaften der Membran sicherzustellen

7) Geringer Gel- und Verunreinigungsgehalt, es gibt den einzigen Hauptabbaupeak in der DSC-Kurve, die Rohmaterialkomponente ist einfach und die anorganischen Verunreinigungen sind gering, was die Qualität des Abscheiders sicherstellt.

8) β-Kristallmodifikator, der trockene biaxiale Streckprozess muss auch β-Kristallmodifikator hinzufügen, und ein gleichmäßiges Mischen ist ein wichtiger Faktor für das biaxiale Strecken in die Porengleichmäßigkeit.

1.1.3 Prozess der Separatorfolie

Das Material des Lithiumionenbatterie-Separators ist hauptsächlich poröses Polyolefin, und seine Herstellungsverfahren sind hauptsächlich ein Nassverfahren und ein Trockenverfahren. Das Nassverfahren wird auch als Phasentrennungsverfahren oder thermisches Phasentrennen (TIPS) bezeichnet. Trockenmethode, dh Dehnen Die Porenbildungsmethode, auch als Schmelzdehnung (MSCS) bekannt. Beide zielen darauf ab, die Porosität und Festigkeit des Abscheiders zu verbessern. Die Klassifizierung, der Prozess und die Eigenschaften der Membran sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Zusätzlich werden PET / Cellulose-Vliesstoffe unter Verwendung eines Vliesstoffverfahrens hergestellt, und poröse Polyvinylidenfluorid (PVDF) -Membranen werden auch unter Verwendung von Phasentrennungsverfahren, Polyimid (PI) und Polyamid (PAI) elektrogesponnen. Und Gießphasentrennungsprozess.

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1.1.3.1 Prozessablauf der Trockenmembran

Bei dem Trockenverfahren wird ein Polyolefinharz geschmolzen, extrudiert und in einen kristallinen Polymerfilm eingeblasen, der einer Kristallisationswärmebehandlung und einem Tempern unterzogen wird, um eine hochorientierte Mehrschichtstruktur zu erhalten, die bei einer hohen Temperatur weiter gestreckt wird, um sich abzuziehen Kristallschnittstelle. Die poröse Struktur erhöht die Porengröße der Membran. Die poröse Struktur hängt mit der porösen Struktur und Orientierung des Polymers zusammen. Die Schlüsseltechnologie des Trockenverfahrens besteht darin, dass das Polymer das gegossene Blech schmilzt und extrudiert, indem es im viskosen Fließzustand des Polymers etwa 300-mal gedehnt wird, um ein hartes Elastomermaterial zu bilden. Das Verfahren der Mehrschicht-PP- und PE-Verbundmembran ist wie folgt: (1) PE und PP werden getrennt schmelzextrudiert, und der Film wird durch etwa 300-faches Strecken in einen Film von 12 & mgr; m gegossen; 2. Die PE- und PP-Filme sind thermisch zusammengesetzt, wärmebehandelt und in Längsrichtung. Der Prozessablauf der Trockenmembran ist wie folgt:

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Flussdiagramm des Trockenprozesses der Polyolefinmembran

1) Schmelzextrusions- / Streck- / Wärmehärtungsverfahren (einachsiges Streckverfahren)

Das Schmelzextrusions- / Streck- / Wärmehärtungsverfahren wird hergestellt, indem eine Polymerschmelze unter einem Feld mit hoher Spannung kristallisiert wird, um eine Plättchenstruktur mit einer Richtung senkrecht zur Extrusionsrichtung und paralleler Ausrichtung zu bilden, und dann wärmebehandelt wird, um ein elastisches Material zu erhalten. Nachdem der Polymerfilm mit harter Elastizität gedehnt wurde, werden die Blutplättchen getrennt und eine große Menge von Mikrofasern gebildet, wodurch eine große Anzahl von mikroporösen Strukturen gebildet wird, und dann bildet das Wärmefixieren eine mikroporöse Membran.

Das verwandte Patent beschreibt das Herstellungsverfahren von mikroporösen Polyolefinmembranen und die Strecktemperatur ist höher als die Glasübergangstemperatur des Polymers und niedriger als die Kristallisationstemperatur des Polymers, wie der blasgeformte Polypropylenfilm wärmebehandelt wird, um hart zu erhalten Elastizität. Der Film wird zuerst um 6% bis 30% gezogen und dann zwischen 80 und 150 ° C zwischen 80% und 150% thermisch gedehnt. Nach dem Thermofixieren wird ein mikroporöser Film mit hoher Stabilität erhalten. Das Verfahren des Schmelzextrusions- / Streck- / Wärmehärtungsverfahrens ist einfach und umweltfreundlich und ist ein übliches Verfahren zur Herstellung von Lithiumionenbatterie-Separatoren, das Verfahren weist jedoch Nachteile wie Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Porengröße und der Poren auf.

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Abbildung 11: Polyolefinabscheider vor und nach dem Trockenstrecken

Die PP- und PP / PE / PP-Separatoren, die durch das einachsige Strecktrocknungsverfahren hergestellt wurden, haben eine schlanke Form, eine Länge von etwa 0,1 bis 0,5 um, eine Breite von etwa 0,01 bis 0,05 um und eine Porenstruktur eines Durchgangslochs und Der Film wird erhalten. Der Porendurchmesser liegt im Bereich von 0,1 bis 3 & mgr; m und der Porendurchmesser der Membran beträgt am längsten 0,4 & mgr; m und am breitesten 0,04 & mgr; m.

Der uniaxial gestreckte Trockenfilm wird in TD-Richtung nicht gestreckt, so dass seine Festigkeit in TD-Richtung schlecht ist und die Festigkeit nur etwa 10 MPa (etwa 1/10 des Nassfilms) beträgt und leicht einzureißen ist die TD-Richtung, aber es liegt auch daran, dass es keine Dehnung in der TD-Richtung gibt und es fast keine Wärmeschrumpfung in der TD-Richtung gibt. Darüber hinaus weist PP-Polypropylen eine schlechte Duktilität und geringe Oberflächenenergie auf und ist ein schwer zu bindender Kunststoff. Es ist nicht förderlich für die Bindung mit positiven und negativen Elektroden. Die Schnittstelle zwischen dem Separator und der Elektrode ist nicht dicht, was die Leistung der Batterie beeinträchtigt.

2) Hinzufügen einer Koextrusions- / Streck- / Wärmefixierungsmethode für das Keimbildner (zweiachsige Streckmethode)

Das Keimbildungsmittel wird coextrudiert, um einen Film zu bilden, der ein festes Additiv enthält, und das feste Additiv ist gleichmäßig in der Polymerphase mit einer Teilchengröße im Submikronbereich verteilt, und ein mikroporöser Film wird aufgrund der Phasentrennung der Spannungskonzentration während des Streckens von Polypropylen gebildet Das Verfahren zum Herstellen einer mikroporösen Membran, zum biaxialen Strecken eines Polypropylenfilms, der eine große Menge an β-Kristallform enthält, und zum anschließenden thermischen Fixieren des Porendurchmessers beträgt 0,02 bis 0,08 um, die Porosität beträgt 30% bis 40% und die Festigkeit von der Film in alle Richtungen Konsistent, ca. 60 ~ 70MPa.

Da die Polypropylenform der β-Kristallform aus gebündelten Kristallen besteht, ist die Dichte der Sphärolithen gering, so dass die amorphen Bereiche zwischen den Waferbündeln leicht auseinandergezogen werden können, um Mikrosilber oder Mikroporen zu bilden. Nach der Zugabe des Keimbildners bilden sich beim Strecken leicht Poren, da sich die Kristallstruktur löst, und es tritt keine Verschmutzung auf. Diese Methode wurde zuerst von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt. Es wird von Xinxiang Gryen und Xinshi Technology auf diese Weise hergestellt, um biaxial gestreckte einschichtige PP-Separatoren herzustellen.

Der PP-Film, der durch das biaxiale Strecktrocknungsverfahren hergestellt wird, hat eine Zugfestigkeit sowohl in MD- als auch in TD-Richtung, und seine Festigkeit in TD-Richtung ist etwa sechsmal größer als die des einachsigen Strecktrockenverfahrens, so dass die TD-Richtung nicht leicht zu erreichen ist zerreißen. Die Porenstruktur ähnelt der Nassmethode und gehört zu einem dendritischen nicht geraden Loch. Aufgrund der Notwendigkeit, ein festes Keimbildner zuzusetzen, beeinflusst der Dispersionsgrad des Keimbildners in der PP-Schmelze direkt die Gleichmäßigkeit der Porenbildung, aber der Dispersionsgrad in der festen Schmelze ist schwieriger zu kontrollieren, so dass der Gleichmäßigkeitsgrad von Porenbildung Es ist der größte Nachteil der zweiachsigen Trockendehnung.

1.1.3.2 Prozessherstellungsprozess der Nassmembran

Die thermisch induzierte Phasentrennung ist ein in den letzten Jahren entwickeltes Verfahren zur Herstellung mikroporöser Membranen. Es werden hochpolymere und bestimmte hochsiedende niedermolekulare Verbindungen bei höheren Temperaturen verwendet (im Allgemeinen höher als die Schmelztemperatur Tm des Polymers). Gleichzeitig wird eine homogene Lösung gebildet und die Temperatur wird gesenkt, um eine Fest-Flüssig- oder Flüssig-Flüssig-Phasentrennung zu bewirken, so dass in der Phase mit hohem Polymergehalt die niedermolekulare Substanz nach dem Strecken entfernt werden kann, um ein mikroporöses zu bilden Membranmaterial, das sich gegenseitig durchdringt.

Die nasse extrudierte Folie wird durch thermische Phasentrennung getrennt. Das Nassverfahren besteht darin, flüssigen Kohlenwasserstoff oder einige niedermolekulare Substanzen mit Polyolefinharz zu mischen, zu erhitzen und zu schmelzen, eine homogene Mischung zu bilden, das Lösungsmittel zu verflüchtigen, eine Phasentrennung durchzuführen und dann zu pressen. Einen Film bekommen; Erhitzen des Films auf einen Schmelzpunkt nahe dem Kristall, Halten für einen bestimmten Zeitraum, Eluieren des restlichen Lösungsmittels mit einer flüchtigen Substanz, Hinzufügen eines anorganischen Weichmacherpulvers zur Bildung eines Films, weiteres Eluieren des anorganischen Weichmachers mit einem Lösungsmittel und Schließlich wird es in Stücke extrudiert. Beispielsweise bilden Polymere wie PE und PP und hochsiedende niedermolekulare Verbindungen wie Paraffin und DOP bei erhöhter Temperatur (höher als der Schmelzpunkt eines Polymers wie PE) eine homogene Lösung, und eine Phasentrennung tritt auf, wenn die Temperatur wird gesenkt. Danach wird eine niedermolekulare Verbindung wie Paraffin mit einem Lösungsmittel eluiert, um ein mikroporöses Material zu werden.

Der Prozessablauf ist wie folgt: Doppelschneckenextruderextrusion, Gussfolienformen, gleichzeitiges / asynchrones biaxiales Strecken, Lösungsmittelextraktion, Föhnen, Querspannen, Online-Dickenmessung, Wickeln, Alterungsbehandlung, Schneiden usw. Der nach diesem Verfahren hergestellte Separator kann seine Eigenschaften und Struktur ändern, indem er die Zusammensetzung der Lösung und die Verflüchtigung des Lösungsmittels während des Gelhärtungsprozesses steuert.

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Abbildung Produktionsprozess für nasse Polyolefinmembranen

Der Nassprozess des zweiachsigen Streckens wird ebenfalls in zwei Arten unterteilt: synchrones Strecken und asynchrones Strecken. Die MD der synchronen Streckung wird gleichzeitig in TD-Richtung gestreckt. Die Gleichmäßigkeit des nach diesem Verfahren hergestellten PE-Separators ist besser, die Ausbeute ist höher und der Unterschied zwischen den beiden Richtungen von TD und MD ist geringer. Das asynchrone Strecken wird durch Strecken in MD-Richtung und anschließendes Strecken in TD-Richtung durchgeführt. Das Streckverhältnis in beide Richtungen ist steuerbar und einstellbar, die Flexibilität ist höher und die Festigkeit ist größer als die des synchronen Streckens. Der Nachteil ist, dass die Gleichmäßigkeit in TD-Richtung geringer ist als das synchrone Strecken.

Im Allgemeinen hat das Nassverfahren eine höhere Festigkeit in TD-Richtung als das Trockenverfahren, eine gleichmäßige Porengröße, eine hohe Porosität der Poren, eine hohe Porosität und eine gute Gasdurchlässigkeit.

1.1.3.3 Prozessablauf der Vliesmembran

Das Vlies ist ein Gewebe, das ohne Spinnen eines Gewebes gebildet wird, und die gewebten kurzen Fasern oder Filamente werden ausgerichtet oder zufällig angeordnet, um eine Bahnstruktur zu bilden, und dann durch mechanische, thermische Bindung oder chemische Verfahren verstärkt. Es verwendet direkt Hochpolymerchips, Stapelfasern oder Filamente, um neue Faserprodukte mit weichen, durchlässigen und planaren Strukturen zu bilden, die durch verschiedene Bahnformungsverfahren und Konsolidierungstechniken gebildet werden. Aufgrund ihrer porösen Struktur und ihres niedrigen Preises werden Vliesmembranen häufig in Nickel-Wasserstoff- und Nickel-Cadmium-Batterien verwendet. Gegenwärtig verwenden immer mehr Forscher Vliesmembranen in Lithium-Ionen-Batterien, aber sie stecken noch in den Kinderschuhen.

Vliesabscheider für Lithiumionenbatterien werden hauptsächlich in Polypropylen-Vliesstoffabscheider, Polyester (PET) -Vliesstoffabscheider und Celluloseabscheider eingeteilt.

Die Hauptprozesse von Vliesstoffen sind wie folgt:

1) Spunlaced-Vliesstoff: Der Spunlace-Prozess besteht darin, einen Hochdruck-Feinwasserstrom auf eine oder mehrere Schichten der Faserbahn zu sprühen, um die Fasern miteinander zu verwickeln, so dass die Faserbahn verstärkt werden kann und stark sein muss.

2) Wärmegebundener Vliesstoff: Thermisch gebundener Vliesstoff bezieht sich auf ein faseriges oder pulverförmiges Schmelzklebstoffverstärkungsmaterial, das der Faserbahn zugesetzt wird, und die Faserbahn wird weiter verschmolzen und abgekühlt, um ein Tuch zu bilden.

3) Luftverlegter Vliesstoff aus Zellstoff: Luftverlegter Vliesstoff aus der Luft kann auch als staubfreies Papier, trockener Prozessvliesstoff bezeichnet werden. Es verwendet die Luftverlegungstechnologie, um die Holzzellstofffaserplatte in einen Einzelfaserzustand zu öffnen, und verwendet dann ein Gasströmungsverfahren, um die Fasern auf dem Maschenvorhang zu agglomerieren, und die Faserbahn wird weiter zu einem Stoff verstärkt.

4) Nassgelegter Vliesstoff: Der nassgelegte Vliesstoff wird erhalten, indem ein in einem wässrigen Medium angeordnetes Faserrohmaterial in eine einzelne Faser geöffnet und gleichzeitig verschiedene Faserrohstoffe gemischt werden, um eine Fasersuspensionsaufschlämmung zu bilden, und Transport der suspendierten Pulpe zu einem Formungsmechanismus. Die Fasern werden in nassem Zustand vernetzt und dann zu einem Tuch verstärkt.

5) Spunbond-Vliesstoff: Spunbond-Vliesstoff ist ein Filament, das nach dem Extrudieren und Strecken des Polymers zu kontinuierlichen Filamenten in eine Bahn gelegt wird. Die Bahn wird dann gebunden, thermisch gebunden und chemisch gebunden. Durch Verklebung oder mechanische Verstärkung wird die Bahn zu einem Vliesstoff.

6) Schmelzgeblasener Vliesstoff: Der Prozess des schmelzgeblasenen Vliesstoffs: Polymerzufuhr --- Schmelzextrusion --- Faserbildung --- Faserkühlung --- Bildung im Netz --- Verstärkung zu Stoff.

Die Porenstruktur des Vliesstoffs besteht aus verschachtelten Fasern, so dass er die Vorteile einer großen Porengröße und einer hohen Porengröße aufweist. Die Nachteile liegen jedoch auch auf der Hand: leicht zu absorbierende Feuchtigkeit, geringe Festigkeit, breite Porengrößenverteilung und dünnere Dicke (> 16 um)

1.1.3.4 Prozessablauf der Elektrospinnmembran

Elektrospinnen ist die wichtigste grundlegende Methode zur Gewinnung von Nanofasern. Das Hauptprinzip besteht darin, die geladene Polymerlösung oder Schmelze fließen zu lassen und sich im elektrostatischen Feld zu verformen, einen Taylor-Kegel an der Spitze der Spinndüse zu bilden, um Nanodrähte herzustellen und diese zu sprühen, und dann durch Verdampfen des Lösungsmittels oder Schmelzen abzukühlen, um eine Fasersubstanz zu erhalten .

Daher wird dieser Prozess auch als Elektrospinnen bezeichnet. Die Bedeutung von Nanofasern bezieht sich auf den Durchmesser der Fasern, und Fasern, die allgemein als Durchmesser im Bereich von 1 bis 100 nm definiert sind, werden als Nanofasern bezeichnet. Natürlich ist diese obere und untere Definition nicht absolut. Der durch Elektrospinnen erhaltene Faserdurchmesser variiert in Abhängigkeit von den Spinnbedingungen, und typische Daten variieren von 40 bis 2000 nm.

Dies umfasst den Bereich von Mikrometern, Submikrometern und Nanometern. Das Grundprinzip des Elektrospinnens ist in der Abbildung dargestellt:

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Das Elektrospinnsystem umfasst hauptsächlich: Spinndüse, Infusionssystem, Hochspannungsgenerator und Drahtsystem. Der Elektrospinnprozess (als Elektrospinnprozess bezeichnet) ist eine Polymerlösung oder eine Schmelze, die durch eine geladene Spinndüse läuft. Unter der Wirkung eines elektrostatischen Hochspannungsfeldes, das von der Spinndüse und dem Drahtsystem gebildet wird, wird der Flüssigkeitsstrom in mehrere dünne Ströme aufgeteilt. Das Lösungsmittel wird kontinuierlich verflüchtigt und das Polymer wird verfestigt, um einen nicht gewebten Faserfilm auf dem Drahtverbindungssystem zu bilden.

Insbesondere beim Elektrospinnverfahren spaltet die Polymerlösung den Flüssigkeitsstrom aufgrund der gegenseitigen Abstoßung elektrischer Ladungen auf, und das elektrische Feld bewirkt, dass sich der geteilte Flüssigkeitsstrahl in Richtung des Drahtempfangssystems bewegt und auf das Drahtempfangssystem fällt. Während des gesamten Prozesses ist die grundlegende Rolle die elektrische Feldkraft.

Die Elektrospinnmembran weist die Eigenschaften einer hohen Porosität, einer hohen Vergrößerung, eines hohen Widerstands und dergleichen auf. Wenn Polyimid als Spinnmaterial verwendet wird, kann die Wärmebeständigkeit bis zu 500 Grad betragen und die Batteriesicherheitsleistung wird besser verbessert. Aufgrund des Spinnprozesses ist die mechanische Festigkeit jedoch schlecht, nur 1/10 des feuchten PE-Films.

1.2 Charakterisierungsmethode der Isolationsmembranleistungsparameter

1.2.1 Technische Anforderungen an die Lithium-Ionen-Batteriemembran

Die Leistung des Lithium-Ionen-Batterietrenners bestimmt die Schnittstellenstruktur und den Innenwiderstand der Batterie, was sich direkt auf die Kapazität, Zirkulation und Sicherheit der Batterie auswirkt. Daher sind die technischen Anforderungen des Lithium-Ionen-Batterieseparators:

1) Isolationsleistung ist ein elektronisch leitender Isolator

2) Minimieren Sie die Abweisung von Elektrolyt und haben Sie eine gute Benetzungseigenschaft des Elektrolyten

3) Hohe Ionenleitfähigkeit, dh der Widerstand gegen dielektrische Ionenbewegung ist gering

4) Verhindern Sie wirksam die Migration von Partikeln, Kolloiden oder anderen löslichen Substanzen zwischen positiven und negativen Elektroden

5) Die mechanische Festigkeit sollte hoch sein, um sicherzustellen, dass sie während der Verarbeitung nicht reißt und sich verformt.

6) Dimensionsstabilität, kleine Dimensionsänderung unterhalb der Schmelzpunkttemperatur, verursacht keinen Kurzschluss zwischen positiv und negativ

7) Chemische Stabilität und elektrochemische Inertheit, die stabil genug sind, um den Elektrolyten, mögliche Verunreinigungen, Elektrodenreaktanten und Elektrodenprodukte aufzulösen, abzubauen oder abzubauen.

8) Die Gleichmäßigkeit von Dicke und Öffnung ist hoch

Unterschiedliche Lithium-Ionen-Batteriesysteme und -anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an Membranen.

1.2.2 Charakterisierung der Leistungsparameter des Separators

Die Charakterisierung der Leistungsparameter des Lithium-Ionen-Batterieseparators kann in drei Aspekte unterteilt werden: strukturelle Eigenschaften, mechanische Eigenschaften sowie physikalische und chemische Eigenschaften.

1.2.2.1 Strukturmerkmale der Membran:

Es umfasst hauptsächlich Parameter wie Dicke, Porengröße und -verteilung, Porosität, Permeabilität und Mikrostruktur.

1) Dicke: Die Dicke des Lithium-Ionen-Batterie-Separators beträgt im Allgemeinen <25 μm. Unter der Voraussetzung, eine bestimmte mechanische Festigkeit sicherzustellen, ist der Abscheider umso besser, je dünner er ist. Gegenwärtig verwenden Batterien der Unterhaltungselektronik aufgrund ihrer hohen Anforderungen an die Energiedichte feuchte PE-Dünnmembranen und haben das Niveau von 9 um erreicht. Ein Unternehmen hat 7um-Substrate in Massenproduktion. Die meisten Elektrofahrzeuge (EVs) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) verwenden trockene Membranen mit einer Filmdicke von 20 μm oder 16 μm, hauptsächlich unter Berücksichtigung von Preisproblemen. Die Gleichmäßigkeit der Dicke ist auch ein wichtiger Indikator für die Batteriekonsistenz.

2) Porengröße und -verteilung: Als Lithium-Ionen-Batterietrennmaterial hat es eine mikroporöse Struktur, um die Absorption von Elektrolyt zu ermöglichen; Um gleichbleibende Grenzflächeneigenschaften zwischen Elektrode und Elektrolyt und eine gleichmäßige Stromdichte in den Batteriemikroporen zu gewährleisten, befindet sich das gesamte Membranmaterial. Die Verteilung sollte gleichmäßig sein. Die Gleichmäßigkeit der Größe und Verteilung der Porengröße wirkt sich direkt auf die Leistung der Batterie aus: Die Porengröße ist zu groß, und die positiven und negativen Elektroden können leicht von den Lithiumdendriten kontaktiert oder leicht durchstoßen werden, um einen Kurzschluss zu verursachen ;; Wenn die Porengröße zu klein ist, wird der Widerstand erhöht. Die Mikroporenverteilung ist ungleichmäßig und der lokale Strom ist während des Betriebs zu groß, was die Leistung der Batterie beeinträchtigt.

Unter Verwendung eines Kapillarströmungsöffnungsanalysators (CFP) wurde eine nichtflüchtige fluorierte organische Flüssigkeit als Medium verwendet, um die Beziehung zwischen Druck und Gasströmungsrate für verschiedene handelsübliche Lithiumionenbatterie-Separatoren zu messen. Die Ergebnisse zeigen, dass (Tabelle 1 und Abbildung) 1): Die Porengröße der handelsüblichen Membran beträgt im Allgemeinen 0,03 bis 0,05 m oder 0,09 bis 0,12 um, und es wird angenommen, dass der Unterschied zwischen der maximalen Porengröße und der durchschnittlichen Porengrößenverteilung besteht der meisten kommerziellen Membranen beträgt weniger als 0,01 um.

Tabelle 1 Durchmesser unterschiedlicher Dicke zum Testen

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Abbildung 1 dient zum Testen der unterschiedlichen Dicke der Membran

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Die Porengröße der Membran kann aus der Formel (1) erhalten werden, T repräsentiert die Oberflächenspannung der Testflüssigkeit, C ist die Kapillarkonstante, p ist der Gasdruck und d ist der Porendurchmesser. Gleichzeitig kann dieses Verfahren die nassen und trockenen Linien kombinieren, um die Porengrößenverteilung zu erhalten.

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Abbildung 2 Die häufig verwendete Membranöffnung und -verteilung eines Unternehmens

Wie in Abbildung 2 gezeigt, hat ein Unternehmen häufig ein Membrantestergebnis: Die Ergebnisse zeigen, dass die durchschnittliche Porengröße der Separatoren 1 und 2 0,032 μm und 0,046 μm beträgt.

3) Porosität: Die Porosität ist sehr wichtig für die Permeabilität der Membran und die Kapazität des Elektrolyten. Es kann definiert werden als das Verhältnis des Volumens der Pore zu dem von der Membran eingenommenen Volumen, dh der Volumenanteil der Poren pro Volumeneinheit, der mit der Dichte des Rohmaterialharzes und des Produkts zusammenhängt. Es ist üblicher, drei Methoden zu verwenden, um die Porosität zu testen. Eine besteht darin, die Wägemethode zu verwenden, dh das Volumen der Membran zu testen und das Volumen der Poren in der Membran anhand der tatsächlichen Dichte des Membranmaterials zu berechnen:

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Das zweite Verfahren ist ein Flüssigkeitsabsorptionsverfahren zum Wiegen, die Membranprobe wird gewogen und dann 1 Stunde lang in analytisch reines Hexadecan getaucht, und die Oberflächenreste wird unter Verwendung eines Filterpapiers entfernt, und die Porosität wird durch die folgende Formel berechnet ::

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Es gibt auch eine Methode zum Testen des Quecksilbervolumens, das durch Quecksilberintrusion in der Membran enthalten sein kann, dh der Porosität. Ein Unternehmen verwendet die Quecksilber-Intrusionsmethode und die Wägemethode, um die Porosität der Membran zu testen. Die üblicherweise verwendeten Membrantestknoten sind wie folgt:

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Abbildung 3: Testöffnung des gemeinsamen Membrandruck-Quecksilbermessgeräts eines Unternehmens und dessen Verteilung

Tabelle 2: Ein Unternehmen verwendete üblicherweise einen Membran-Quecksilber-Intrusionstest und eine Wägemethode, um die Porosität zu testen

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Es gibt eine gewisse Abweichung zwischen der Quecksilber-Intrusionsmethode und dem Testergebnis der Wägemethode, die sich aus der Abweichung des Dickentests und der Abweichung der Porositätsgleichmäßigkeit der Membran selbst ergibt. Die Porosität der meisten handelsüblichen Lithium-Ionen-Batterieseparatoren liegt jedoch zwischen 30% und 50%. Im Prinzip kann für einen bestimmten Elektrolyten ein Separator mit einer hohen Porosität die Impedanz der Batterie senken. Je höher jedoch, desto besser, desto höher die Porosität, desto schlechter die mechanische Festigkeit des Materials und desto schlechter die Selbstentladung.

4) Permeabilität: Die Permeabilität kann durch die Menge an Membrangas charakterisiert werden, die unter einer bestimmten Zeit und einem bestimmten Druck verwendet werden kann, was hauptsächlich die Durchgängigkeit von Lithiumionen durch die Membran widerspiegelt. Die Permeabilität der Membran ist das Ergebnis der umfassenden Faktoren der Porenstruktur der Membran, wie der Porosität der Membran, des Porendurchmessers, der Form der Poren und der Tortuosität der Poren. Unter diesen hat die Lochtortuosität den größten Einfluss auf die Permeabilität, und die Zunahme der Lochtortuosität führt dazu, dass die Permeabilität in quadratischer Reihenfolge abnimmt. Die Tortuosität der Löcher ist definiert als das Verhältnis des tatsächlich von einem Gas oder einer Flüssigkeit in der Membran zurückgelegten Wegs zur Dicke der Membran:

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Wobei: T-Loch-Tortuosität, Ls - die Länge des Weges, durch den das Gas oder die Flüssigkeit tatsächlich fließt, d - die Dicke der Membran. Mit dem Druckabfallmesser kann die Gasdurchlässigkeit des Batterietrenners bestimmt werden. Je schneller der Druckabfall mit der Zeit abnimmt, was darauf hinweist, dass die Membran eine höhere Gasdurchlässigkeit aufweist und umgekehrt. Im Allgemeinen ist der Druckabfall umso langsamer und die Gaspermeabilität umso geringer, je geringer die Porosität ist. Die Gasdurchlässigkeit kann auch durch den Gurley-Wert [4] charakterisiert werden, der sich auf die Zeit bezieht, die eine bestimmte Luftmenge benötigt, um mit einem bestimmten Druck durch einen bestimmten Bereich der Membran zu strömen (Standard-Gruley: 100 ml Gas passieren 1 Quadrat Zoll bei 4,88 Zoll Wassersäulendruck) die Zeit der Membran).

Es hängt mit der Porosität, der Porengröße, der Dicke und der Tortuosität der Poren zusammen und ist ein Maß für die Permeabilität der Membran.

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Wobei: 5,18 * 10-3 die empirische Konstante der Celgard-Trockenmembran ist, tGur-Gurley-Wert; T-Loch Tortuosität; L-Filmdicke (cm); ω-Porosität; d-Blende. Der Film ist durch den Gurley-Wert gekennzeichnet, da der Wert leicht zu messen und genau ist und seine Abweichung von einem bestimmten Eigenwert das Problem des Films widerspiegelt. Wenn ein Wert über einem bestimmten Standard eine Beschädigung der Membranoberfläche oder ein Schrumpfen der erhitzten Pore anzeigt, weist ein Wert unter dem Standard darauf hin, dass möglicherweise Löcher in der Membran vorhanden sind. Darüber hinaus ist für dieselbe Membranprobe die Größe des Gurley-Werts proportional zum Niveau des Membranwiderstands.

Da die Porengröße, die Porenkrümmung und die Porosität in direktem Zusammenhang mit der Permeabilität stehen, kann auch die Permeabilitätskonstante getestet werden und die Parameter Porengröße und Porenkrümmung können unter Verwendung der empirischen Gleichung der Strömungsmechanik umgekehrt berechnet werden. Unter der Annahme, dass die Gaspermeabilität mit der Knudsen-Fluidgleichung übereinstimmt, stimmt die Flüssigkeitspermeabilität wie folgt mit der Hagen-Poiseuill-Fluidgleichung überein:

1. Knudsen: Qgas = 2/3 × π × r3 × (8RT / π M) 1/2 × ⊿ P / τ d × 1 / Ps -------- Formel 5

2. Hagen-Poiseuill: Qliq = π r4 / 8 η × ⊿ P / τ d -------- Formel 6

In Verbindung mit den obigen beiden Gleichungen (Gleichungen 5 und 6) ist es nur erforderlich, die Rgas-Luft-Übertragungsgeschwindigkeitskonstante (m3 / (m2.s.Pa) und die Rliq-Flüssigkeitspermeationsgeschwindigkeitskonstante (m3 / (m2) zu testen. s. Pa), dh die Apertur 2r und die Apertur τ können berechnet werden.

∵ Rgas = Qgas × ε / π τ r2 = 2/3 · r ε × (8RT / π M) 1/2 × ⊿ P / 2d × τ 1 / Ps -------- Formel 7

Rliq = qliq × ε / π τ r2 = r2 ε / 8 × η ⊿ P / τ 2d -------- Formel 8

Die simultanen Gleichungen 7 und 8 geben die Apertur 2r und die Lochkrümmung τ an:

R 2r = Rliq / Rgas × (32 η × v) / (3 × 101325)

τ = (2 / 3r ε .v. ⊿ P / (Rgas.d.Ps)) 1/2

2r-Porendurchmesser, R-Gaskonstante, M-Luft-Molekulargewicht, ⊿ P-Druckdifferenz, η- Flüssigkeitsviskosität, T-Temperatur, ε- Porosität, d-Membrandicke, τ d-Lochlänge, v-Molekül-Durchschnitt Bewegungsgeschwindigkeit.

Die folgende Tabelle 3 zeigt die Apertur- und Lochkrümmungsdaten, die durch die obige Gleichung berechnet wurden:

In Tabelle 3 wurden die gemeinsame Membranöffnung und die Lochkrümmung eines Unternehmens berechnet

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Die feuchte Membran hat im Allgemeinen eine Porenkrümmung zwischen 2-3 und die berechnete Apertur ist größer als die des CFP-Tests.

5) Mikromorphologie: Die Oberflächenmorphologie des Separators kann auch durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) oder Rasterkraftmikroskopie (AFM) beobachtet werden. Es gibt einen großen Unterschied zwischen der Trocken- und Nassfilmmorphologie, wie unten gezeigt:

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Aus 4 ist klar ersichtlich, dass die Oberflächenmorphologie, Porengröße und Verteilung der beiden sehr unterschiedlich sind. Der Nassprozess kann eine komplexe dreidimensionale faserartige Pore erhalten, die eine Zugstruktur aufweist, und die Tortuosität des Lochs ist relativ hoch. Der Trockenprozess wird zu Poren geformt, so dass die Poren lang und schmal sind, die Porentortuosität gering ist und die Gasdurchlässigkeit und -festigkeit verbessert werden.

1.2.2.2 Mechanische Eigenschaften der Membran

Während des Zusammenbaus der Batterie sowie der Lade- und Entladezyklen muss das Membranmaterial selbst eine bestimmte mechanische Festigkeit aufweisen. Die mechanische Festigkeit der Membran kann durch Zugfestigkeit und Durchstoßfestigkeit gemessen werden. Darüber hinaus ist die Spannungskonsistenz auch ein wichtiger Bewertungsparameter. Da die Membran unter 9 um mit einer Keramikschicht beschichtet werden muss, ist die Spannung in TD-Richtung der Membran. Die Konsistenz muss bestimmte Anforderungen erfüllen, um die Anforderungen des Beschichtungsprozesses zu erfüllen.

1) Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeit des Abscheiders hängt vom Herstellungsprozess der Folie ab. Wenn der Separator eine hohe Porosität und eine große Porengröße aufweist, wird im Allgemeinen die Festigkeit verringert, obwohl die Impedanz niedrig ist; und im Fall des einachsigen Streckens hat der Film eine unterschiedliche Festigkeit in der Streckrichtung und der vertikalen Streckrichtung, und der durch zweiachsiges Strecken hergestellte Separator hat in beiden Richtungen im wesentlichen die gleiche Festigkeit. Das Nassverfahren ist im Wesentlichen biaxial gedehnt, so dass die Zugfestigkeit in TD- und MD-Richtung im Wesentlichen nahe bei 100 MPa oder mehr liegt, und das Trockenverfahren ist meistens einachsiges Strecken, so dass die Zugfestigkeit in MD-Richtung höher ist. Groß, kann 150 MPa oder mehr erreichen, und die Zugfestigkeit der ungedehnten TD-Richtung ist sehr gering, nur etwa 10 MPa. Die Zugfestigkeit der zwei Membranen unterschiedlicher Dicke ist wie folgt:

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Abbildung 5 MD- und TD-Zugkurven der Trocken- und Nassmembran

2) Durchstoßfestigkeit: Die Durchstoßfestigkeit bezieht sich auf die Masse, die auf eine bestimmte Nadel aufgebracht wird, um eine bestimmte Membranprobe zu durchstechen. Es wird verwendet, um die Tendenz eines Kurzschlusses zu charakterisieren, der während des Zusammenbaus der Membran auftritt. Da die Elektrode auch nach dem Walzen aus einem aktiven Material, einem leitfähigen Ruß und einem Klebstoff besteht, ist die Oberfläche der Elektrode eine konvex-konkave Oberfläche, die aus feinen Partikeln einer Mischung aus aktivem Material und Ruß besteht. Das zwischen der positiven und der negativen Elektrode angeordnete Separatormaterial muss während des Formungsprozesses auch einem hohen Druck standhalten. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, muss die Membran daher eine bestimmte Durchstoßfestigkeit aufweisen. Die Durchstoßfestigkeit kann bis zu einem gewissen Grad auch die Selbstentladung grob charakterisieren. Empirisch ist die Durchstoßfestigkeit des Lithiumionenbatterie-Separators größer als 100 gf, der PP-Trockenfilm ist im Allgemeinen größer als 100 gf und der feuchte PP-Film ist im Allgemeinen größer als 200 gf.

3) Spannungskonsistenz: Dies spiegelt sich hauptsächlich in der Ebenheit der TD-Richtung nach dem Abwickeln der Membranspule wider. Die Abweichung der Dicke in TD-Richtung führt zu ungleichmäßigen Spannungen. Sobald eine ungleichmäßige Spannung vorliegt, tritt nach dem Abwickeln der Membran in TD-Richtung Zwischenwellen, durchhängende Kanten usw. auf, die schließlich zu Faltenbildung und Undichtigkeit der Membran führen.

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Abbildung 6 Unebenheiten beim Abwickeln der Membran

1.2.2.3 Physikochemische Eigenschaften der Membran:

Benetzbarkeit und Benetzungsgeschwindigkeit, chemische Stabilität, thermische Stabilität, elektrische Leitfähigkeit oder elektrischer Widerstand, selbstschließende Eigenschaften der Poren und dergleichen.

1) Benetzbarkeit und Benetzungsgeschwindigkeit: Eine bessere Benetzbarkeit wirkt sich günstig auf die Affinität zwischen Separator und Elektrolyt aus und vergrößert die Kontaktfläche zwischen Separator und Elektrolyt, wodurch die Ionenleitfähigkeit erhöht und die Lade- und Entladeleistung der Batteriekapazität verbessert wird. Eine schlechte Benetzbarkeit des Abscheiders erhöht den Widerstand des Abscheiders und der Batterie, was sich auf die Zyklusleistung und die Lade- und Entladeeffizienz der Batterie auswirkt. Die Benetzungsgeschwindigkeit der Membran bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der der Elektrolyt in die Poren der Membran eintritt. Es hängt mit der Oberflächenenergie, der Porengröße, der Porosität und der Tortuosität des Separators zusammen. Die Benetzbarkeit des Abscheiders gegenüber dem Elektrolyten kann durch Messen seiner Flüssigkeitsabsorptionsrate und Flüssigkeitsretentionsrate gemessen werden. Die trockene Probe wird gewogen und in den Elektrolyten eingetaucht. Nachdem das Gleichgewicht absorbiert ist, wird die feuchte Probe entnommen und gewogen. Schließlich wird die prozentuale Differenz berechnet. Dieses Verfahren verursacht jedoch künstlich einen großen Fehler, so dass es auch nützlich ist, den Elektrolyten auf die Membran zu klettern. Die Flüssigkeitshöhe und -geschwindigkeit werden verwendet, um die Infiltrationsleistung des Elektrolyten zu messen.

Zusätzlich kann die Benetzbarkeit auch durch den Kontaktwinkel des Elektrolyten mit dem Separatormaterial gemessen werden. Das dynamische Kontaktwinkelmessgerät ist ein Instrument zum Testen des Kontaktwinkels zwischen Feststoff und Flüssigkeit.

2) Chemische Stabilität: Der Abscheider sollte die Langzeitstabilität des Elektrolyten aufrechterhalten. Unter den Bedingungen starker Oxidation und starker Reduktion wird die chemische Stabilität des Abscheiders ohne Elektrolyt und Elektrodenmaterial durch die Fähigkeit bestimmt, Elektrolytkorrosion zu widerstehen. Und die Expansions- und Kontraktionsrate wird bewertet. In der Literatur besteht die Fähigkeit, Elektrolytkorrosion zu widerstehen, darin, den Elektrolyten auf 50 ° C zu verdünnen, dann die Membran 4 bis 6 Stunden lang einzutauchen, herauszunehmen, zu waschen, zu trocknen und schließlich mit der Originalprobe zu vergleichen, um festzustellen, ob Das Diaphragma löst sich auf oder die Farbe ändert sich. . Die Expansions- und Kontraktionsrate ist die Dickenänderung nach 4 bis 6 Stunden Eintauchen des Separators in den Elektrolyten, und die prozentuale Differenz wird erhalten. Der handelsübliche Polyolefinabscheider besteht aus PP- oder PE-Material, das der Korrosion des Elektrolyten sowie der Expansions- und Kontraktionsrate widersteht. Beide sind gut und können in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden.

3) Wärmestabilität: Der akku gibt beim Laden und Entladen Wärme ab, insbesondere wenn er kurzgeschlossen oder überladen ist und eine große Wärmemenge freigesetzt wird. Wenn die Temperatur steigt, sollte die Membran daher ihre ursprüngliche Unversehrtheit beibehalten, und eine bestimmte mechanische Festigkeit spielt weiterhin die Rolle der Isolierung der positiven und negativen Elektroden, um das Auftreten von Kurzschlüssen zu verhindern. Die thermomechanische Analyse (TMA) kann verwendet werden, um diese Eigenschaft zu charakterisieren, die wiederholbare Messungen der Schmelzintegrität des Membranmaterials liefert. TMA ist ein Maß für die Verformung einer Membran bei Belastung, wenn die Temperatur linear ansteigt. Normalerweise schrumpft das Diaphragma zuerst, beginnt sich dann zu verlängern und bricht schließlich. Das Folgende sind die TMA-Testergebnisse der häufig verwendeten Membran eines Unternehmens:

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Abbildung 7KN9- und TN9-Membran-TMA-Testkurve

Aus den Ergebnissen von Fig. 7 geht hervor, dass die thermische Schrumpfung der TN9-Membran in MD-Richtung größer ist als die der KN9-Membran. Die Bruchtemperatur liegt nahe bei 150 Grad, und in TD-Richtung ist es besser zu zeigen, dass die thermische Stabilität der TN9-Membran besser ist als die der KN9-Differenz.

4) Widerstand der Membran: Der Widerstand der Membran wirkt sich direkt auf die Leistung der Batterie aus, daher ist die Messung des Membranwiderstands sehr wichtig. Der spezifische Widerstand des Separators ist tatsächlich der spezifische Widerstand des Elektrolyten in den Mikroporen, der mit vielen Faktoren wie Porosität, Tortuosität der Poren, Leitfähigkeit des Elektrolyten, Filmdicke und Benetzungsgrad des Separatormaterials durch den Elektrolyten zusammenhängt . . Der am häufigsten verwendete Testwiderstand ist die Wechselstromimpedanzmethode (EIS), mit der der Widerstand der Membran im Elektrolyten gegen den Nm-Wert des Elektrolyten gemessen wird, der die MacMullini-Konstante darstellt. Ein sinusförmiges Wechselspannungssignal wird an das Messgerät angelegt, und der Impedanzwert der unterschiedlichen Frequenz in einem bestimmten Bereich wird gemessen, und dann werden die Daten durch das Ersatzschaltbild analysiert, um die Information über den Membranionenwiderstand zu erhalten. Da der Film sehr dünn ist, treten häufig Defekte auf und der Fehler des Messergebnisses wird erhöht. Daher wird häufig eine mehrschichtige Probe verwendet, und der Durchschnittswert der Messung wird genommen. Gegenwärtig ist die Bewertungsmethode eines Unternehmens wie in der folgenden Abbildung dargestellt, und die Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit des Experiments müssen noch weiter erforscht und weiterentwickelt werden.

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Abbildung 8 Membran-Nm-Wert-Testvorrichtung (Ionenleitfähigkeit) eines Unternehmens

5) Selbstschließende Leistung: Wenn die Temperatur über einer bestimmten Temperatur liegt, reagieren die Komponenten in der Batterie exotherm, was zu einer „Selbsterwärmung“ führt. Darüber hinaus erzeugen diese Bedingungen aufgrund eines Ladegerätausfalls, eines Sicherheitsstromausfalls usw., die zu einer Überladung oder einem externen Kurzschluss der Batterie führen, viel Wärme. Aufgrund der thermoplastischen Natur des Polyolefinmaterials wird der poröse ionenleitende Polymerfilm zu einer nicht porösen Isolierschicht, wenn die Temperatur nahe am Schmelzpunkt des Polymers liegt, und die Mikroporen werden geschlossen, um eine Selbstschließung zu bewirken Blockierung des fortgesetzten Transports von Ionen. Zum Schutz der Batterie wird ein offener Stromkreis gebildet, sodass die Polyolefinmembran einen zusätzlichen Schutz für die Batterie bietet.

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Abbildung 9 Vorrichtung eines Unternehmens für geschlossenzellige Temperaturtests (Ionenleitfähigkeit)

1.2.3 Einfluss der Leistungsparameter des Sperrfilms auf die Batterieleistung

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1) Gleichmäßigkeit der Filmdicke und ihrer Verteilung

Der Separator ist eine Komponente, die nicht an der elektrochemischen Reaktion teilnimmt und keine Energie liefert. Die Dicke muss so dünn wie möglich sein, und der Raum wird auf die positive Elektrode übertragen, und die Energiedichte der Batterie kann verbessert werden. Gegenwärtig hat ein Unternehmen eine 7-um-Basisfolie in Massenproduktion sowie eine 3-4-um-Beschichtung mit einer Gesamtdicke von 10 bis 11 um.

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Die Gleichmäßigkeit der Dicke der Membran wirkt sich direkt auf die Konsistenz der Dicke der Batterie aus. Der Unterschied zwischen der Innenmembran und der Fremdmembran ist nicht der Leistungsunterschied, sondern der Unterschied in der Konsistenz.

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Bemerkung: L: links; M: Mitte; R: rechts (links, Mitte, rechts in TD-Richtung der Membran)

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Wie oben gezeigt, haben Hersteller von Weltklasse-Membranen eine Dickentoleranz von weniger als ± 1 um und einen CPK von mehr als 1,67.

2) Verarbeitungsstärke und Spannungskonsistenz der Membran

Faktoren wie die Verarbeitungsstärke und die Unebenheit des Abscheiders beeinflussen die Anwendung des Abscheiders und den Wickelprozess.

Während des Beschichtungsprozesses kann die Membran aufgrund des kumulativen Effekts einer ungleichmäßigen Dicke oder einer schlechten Kontrolle der Wicklungsspannung zu lokaler Dehnung neigen, so dass die Glätte der Membranebenheit stark ist, was dazu führt, dass keine Falten oder Leckbeschichtungen aufgebracht werden können (Wie nachfolgend dargestellt).

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Während des Wickelvorgangs wirkt sich die ungleichmäßige Membranspannung auch auf die Überausrichtungsfehlausrichtung aus.

3) Dimensionsstabilität (Wärmeschrumpfleistung)

Beim Batterieprozess muss die Membran dem Hochtemperatur-Vakuumbacken und der Hochtemperaturformung sowie anderen thermischen Prozessen standhalten. Daher muss die Membran die Dimensionsstabilität unter Hitze aufrechterhalten. Wenn die Wärmeschrumpfung in MD-Richtung zu groß ist, verformt sich die Batterie während des Vakuum-Backvorgangs leicht (gewölbt), und wenn die Schrumpfung in TD-Richtung zu groß ist, kann die Überhitzung der Batterie leicht verringert werden. Die allgemeine Anforderung besteht darin, dass die thermische Schrumpfung des Abscheiders bei 90 Grad / 1 Stunde Gefrierbacken MD <5%, TD <3% beträgt. Natürlich ist die thermische Schrumpfung des Separators in der Zelle viel geringer als im freien Fall.

4) Porenstruktur

Je höher die Porosität des Separators ist, desto größer die Porengröße, desto kleiner der Gurley-Wert, desto stärker die Ionenleitung und die Leistung bei der Aufrechterhaltung des Elektrolyten, aber die Porosität und der Porendurchmesser beeinflussen auch die Selbstentladungsleistung der Batterie .

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Wie in der obigen Abbildung gezeigt, können die verschiedenen Gurley-Membranen, die vom selben Hersteller nach demselben Verfahren hergestellt wurden, die Selbstentladung und Gurleys größerer Grad an umgekehrter Beziehung nicht blindlings eine hohe Porosität und einen niedrigen Gruley-Wert verfolgen.

5) Stromblockierung (Shultdown & Meltdown)

Wenn die Batterie durch Kurzschluss oder Überladung missbraucht wird, steigt die Batterietemperatur zwischen 100 und 130 Grad, die Membran kann die Rolle eines thermisch geschlossenen Lochs spielen, den Strom blockieren, ein thermisches Durchgehen verhindern, aber eine gewöhnliche PE-Membran und drei Schichten PP / PE / Der thermisch geschlossenzellige Effekt des PP-Separators verbessert die Sicherheitsleistung von Batterien mit großer Kapazität (> 4 Ah) nicht wesentlich. Es ist ersichtlich, dass es notwendig ist, den Temperaturunterschied zwischen geschlossenen Zellen und Membranen zu erhöhen, um eine bessere Rolle zu spielen.

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6) Elektronische Isolierung und chemische Stabilität

Das Polyolefinabscheidermaterial selbst hat eine gute elektronische Isolierung, die Dielektrizitätskonstante des PE-Materials beträgt 2,33 und die Dielektrizitätskonstante des PP-Materials kann 1,5 erreichen. Das Polyolefinmaterial hat eine ausgezeichnete Lösungsmittelbeständigkeit und ist bei normaler Temperatur in keinem organischen Lösungsmittel unlöslich, und der Elektrolyt verursacht keine Auflösung oder chemische Reaktion des Separators.

7) Mechanische Festigkeit

Die mechanische Festigkeit umfasst die Zugfestigkeit (Zugfestigkeit) und die Durchstoßfestigkeit. Der herkömmliche Polyolefinabscheider hat aufgrund des gestreckten Films eine relativ große mechanische Festigkeit und ist in MD-Richtung wesentlich größer als 100 MPa (1000 kgf / cm²). Es gibt kein Problem mit der Membranbeschichtung und dem Wickeln.

Die Durchstoßfestigkeit hängt mit der Selbstentladung der Batterie zusammen. Je größer die Festigkeit ist, desto schwieriger ist es für die Grate und hervorstehenden Partikel auf dem Polstück, die Membran zu durchbohren (was einen Kurzschluss verursacht) oder das Durchstechen der Membran, wenn der Lithiumdendrit in der Batterie auftritt, aber die Durchstoßfestigkeit Die Testmethode spiegelt dies nicht gut wider, und es kann nicht geschlossen werden, dass die Selbstentladung umso geringer ist, je größer die aktuelle Durchstoßfestigkeit ist. Der Hybrid-Pannen-Test liegt näher an der tatsächlichen Membran in der Batterie, diese Testmethode soll jedoch derzeit entwickelt werden.

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