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电池隔板——您需要知道的一切

  • 发表时间:2021-09-01 08:09:26
  • 来源:电池隔板
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我们都知道电池我们也习惯了它们的工作方式。电池可确保我们的便携式电子产品(手机、笔记本电脑等)充满电。但是,我们大多数人不了解电池的工作原理。不过,如果您不担心,这会有所帮助。本文简化并解释了您需要了解的有关电池隔膜的所有信息。

让我们潜入。 

什么是电池隔膜?

电池隔膜是其阳极和阴极之间的渗透膜。这两个是电池的电极。 

隔板将两个电极分开以避免电短路。阳极是正极,阴极是负极。

此外,隔板是一个关键部件。它充当电子进出阴极或阳极的通道。电池隔膜必须是多孔的,以允许锂离子的运输。

锂离子电池的性能和效率取决于隔膜的特性和结构。

电池隔膜的作用是什么?

电池隔板的作用是通过避免短路来保证安全。

但这还不是全部。

电池隔板的主要作用是让离子安全移动。这就是使电池为您的电子设备充电的原因。 

当电池充电时,电子从阳极移动到阴极。当电子反向运动时,从阴极到阳极,电池正在放电。  

电池隔膜的结构是什么?

该结构大约由三个部分组成——阴极、阳极和多孔隔板。很简单吧? 

AA 电池结构

电子运动来自阳极或阴极电极。阴极是负极,而阳极是正极,这取决于电池的充电或放电作用。  

隔板是多孔的以允许电子运动。为了提高效率,隔板通常由形成微孔层的聚合物膜组成。

虽然人眼看不到这些孔,但它们允许锂离子运动。

没有隔板,电池的功能就失效了。当辅助电池是理想的(自放电)时,多孔聚烯烃薄膜可以控制离子的泄漏。 

微孔层不允许导电,因此始终充当隔离器。

唯一需要注意的是温度会影响隔板的性能。如果温度升高到一定程度,毛孔就会堵塞并关闭。因此,它停止了锂离子的运动。

哪些材料可以制作电池商用隔板?

材料必须是非导体。并且应该有很好的热稳定性(本文后面会解释)。

制造商使用特殊的聚烯烃等级来生产可充电锂离子电池。聚烯烃材料是通过将聚乙烯和聚丙烯层压在一起而产生的。

聚烯烃是优选的,因为其机械性能、化学稳定性。由于成本低,公司也更喜欢聚烯烃。

下图是聚烯烃电池隔膜,因此适用于可充电电池。 

除聚烯烃外,其他材料包括:

  • 聚氯乙烯 

  • 尼龙陶瓷涂层

  • 聚酯纤维

  • 石棉

  • 玻璃和

  • 四氟乙烯。 

 

电池隔膜的制造工艺

与其结构一样,电池隔膜的生产工艺也很简单。该过程是通过拉伸或湿法加工聚烯烃材料。

干式程序包括使用机械力来产生孔。并且适用于更高的功率密度。 

湿法包括向聚烯烃薄膜材料中添加添加剂。因此,它是产生孔隙的化学过程。

虽然简单,但干燥过程会导致毛孔具有不同的大小。结果是分离器的效率降低。干燥过程还会削弱隔板,从而最大限度地降低其穿刺强度。

湿法工艺稍微复杂一些——而且也很昂贵。幸运的是,它为分离器创造了相同的孔径。结果是润湿性的改善。

旁注 - 润湿性是电池隔膜被其电解质溶液“润湿”的能力。虽然湿法是有效的,但它不会增加电解质的保留。

电池隔膜的特性是什么?

这个问题有助于理解什么是好的辅助电池隔板。隔板不仅负责电池的效率,还负责安全。

通过检查它们的不同属性,我们最好地了解这两个要求(效率和安全性)。所以让我们试一试吧。 

锂离子电池

1. 化学稳定性

如您所知,电池隔膜应该具有非导电性。也就是说,隔膜不应与阳极或阴极电极发生反应。

此外,隔板需要保持化学稳定性。再一次,这可确保隔板不会与液体电解质发生反应。这种稳定性有助于电池克服退化。

2. 厚度和机械强度

目标是在不损失机械强度的情况下开发一种薄型电池。换句话说,当锂离子电池隔膜很薄时,它有助于降低其功率和能量密度。

考虑到这一点,电池制造商确保原电池具有足够的拉伸强度。它有助于防止电池拉伸,尤其是在卷绕过程中。

3. 孔隙率和孔隙密度

目的是使隔板具有高孔密度。这可以容纳电解质并允许锂离子在电极之间自由移动。

隔板的孔隙率不能太大,也不能太小。孔径应足够宽,以便在电池关闭时关闭。

我们以百分比测量隔板的孔隙率。平均孔隙率为 40%。是的,孔应该具有均匀分布。

 

4. 热稳定性

隔板需要承受和承受很宽的温度范围。它不应在非常高的温度下卷曲或起皱。热失控之前,隔膜应在低于聚合物熔点的温度下关闭本质上,这就是退火过程。 

电池隔膜的挑战(和解决方案)?

好的,不断发展以提高可充电锂离子电池的性能。但是,这遇到了很多挑战。

大多数这些挑战是由于新出现的需求。例如,对电池具有耐高温的需求和要求。 

此外,还需要电池在不影响其电池性能的情况下持续很长时间。 

电池隔膜制造面临的一些挑战包括:

  • 需要生产更薄的隔膜

  • 需要增加润湿性

  • 需要提高电池在高温下的性能

让我进一步解释这些挑战。

需要稳定的热性能是由于电网和电动汽车的发明。这两项发明都需要能够承受高温的重型电池。

制造商正在通过使用新材料来提高电池性能。热稳定性优于聚烯烃。

需要增强润湿性是由于聚烯烃的不相容性。聚合物的选择与常见的电解质材料不兼容。

新的常规电解质具有高介电常数的特点。这有助于缩短电池的制造过程。

同时,聚烯烃的不相容性导致电流分布不均匀。结果是一次电池无法为您的电子设备充电足够长的时间。

最后,总是需要更薄的电池。正如预期的那样,这是具有挑战性的。电池需要更厚的电极来保持更多的电荷。尽管如此,公司正在推出特殊的聚烯烃等级来提高 LID 的高分子量。 

锂离子电池有进展吗? 

制造商开夜车提高电池隔膜的性能。

公司开发独特的(并且可能获得专利的)方法来增强润湿性和热稳定性。让我们来看看到目前为止的一些改进。 

锂离子电池 

a) 用二氧化硅纳米粒子装饰隔板

该过程包括将二氧化硅纳米粒子附着到隔板的孔和孔壁上。预期的结果是提高了对电池电解质的润湿性。该方法还增强了电池的耐热性。

虽然隔板材料提高了耐热性,但二氧化硅纳米颗粒提高了润湿性。

b) 使用相转化工艺生产新型 PEI(聚醚酰亚胺)

该过程涉及使用 PD 和 BPADA 来生产隔板。这很有帮助,因为电池隔膜现在具有更好的特性。例如,隔板可以处理广泛的电导率。

PEI 还有助于最大限度地减少电池的膨胀程度。因此,它导致快速的电解质芯吸。

更好的是,电池隔膜显示出高达 220°C 的热稳定性。

c) 氢致交联 (HHC)

该技术是聚环氧乙烷在 PP 隔膜上的共价交联。效果是增加了聚烯烃的电解质亲和力。

通过这种修改,锂离子电池具有很高的容量保持率。电池还具有低内阻。

结论 

正如我们所见,电池隔板是一种用作隔离器的渗透膜。它将阴极(负电极)与阳极(正电极)分开。

隔膜是一种至关重要的材料,因为它决定了电池的有效性。对于可靠性较差的隔膜,二次电池的质量同样低下。

电池制造商正在探索新的电池隔膜技术以提高其性能。例如,这种二次电池适用于可在润泽五洲PCB获得的 PCB(印刷电路板)