L'effet et l'influence de la membrane sur la batterie au lithium | Membrane Aro
L'effet et l'influence de la membrane sur la batterie au lithium
épaisseur
L'épaisseur est liée à la résistance interne ; plus elle est fine, plus la résistance interne est faible, permettant ainsi une charge et une décharge à haute puissance. Elle doit être aussi petite que possible sous une certaine résistance mécanique ; plus elle est épaisse, meilleure est la résistance à la perforation. Pour les batteries lithium-ion grand public, 25 μm est généralement utilisé comme norme pour l'épaisseur du séparateur. Cependant, avec la demande croissante de produits portables, des membranes de 16 μm et même plus fines commencent à être largement utilisées. Pour les batteries de puissance, les exigences mécaniques lors de l'assemblage rendent la membrane requise plus épaisse, et la sécurité est très importante pour les batteries de puissance ; une membrane plus épaisse signifie une meilleure sécurité.
L'uniformité de l'épaisseur de la membrane est un indicateur de qualité particulièrement important, qui affecte directement la qualité d'apparence et les performances internes du rouleau de membrane. Elle doit être strictement contrôlée pendant le processus de production. Dans une ligne de production de membranes hautement automatisée, l'épaisseur de la membrane est automatiquement détectée et contrôlée par un jauge d'épaisseur en ligne sans contact de haute précision et un système de contrôle à rétroaction rapide. L'uniformité de l'épaisseur de la membrane comprend l'uniformité longitudinale et l'uniformité transversale, dont l'uniformité transversale est particulièrement importante et doit généralement être contrôlée dans une plage de ±1 micron.
Ouverture
Le matériau du séparateur de batterie au lithium possède lui-même une structure microporeuse, et la distribution des micropores dans tout le matériau du séparateur doit être uniforme. Les particules d'électrode actuellement utilisées sont généralement de l'ordre de 10 microns, et le diamètre des pores est généralement de 0,03 à 0,12 μm. Un diamètre de pore trop petit augmentera la résistance ; un diamètre trop grand facilitera le contact entre les pôles positif et négatif ou leur court-circuit par des dendrites. En général, une membrane à pores submicroniques est suffisante pour empêcher le passage direct des particules d'électrode. Bien sûr, certains problèmes tels que les micro-courts-circuits dus à un mauvais traitement de surface des électrodes et à une quantité excessive de poussière ne sont pas exclus.
Porosité
La porosité est le pourcentage en volume des pores dans le volume du film monomère, qui est lié à la densité de la résine brute et du film. La taille de la porosité a une certaine relation avec la résistance interne, mais la valeur absolue de la porosité entre différents types de membranes ne peut pas être directement comparée. La porosité des séparateurs de batteries lithium-ion existants se situe entre 40 % et 50 %.
Résistance à la respiration
Théoriquement, la membrane n'est pas une partie nécessaire de la batterie. Elle sera ajoutée pour répondre à la production industrielle à l'avenir. Par conséquent, la membrane doit répondre à une performance très importante : elle ne doit pas détériorer les performances électrochimiques de la batterie, ce qui se manifeste principalement par la résistance interne. Deux paramètres sont utilisés pour évaluer cette performance :
Nombre de MacMullin : le rapport entre la résistivité de la membrane contenant l'électrolyte et la résistivité de l'électrolyte lui-même. Plus la valeur est petite, mieux c'est, et la valeur pour une batterie lithium-ion grand public est d'environ 8.
Nombre de Gurley : le temps nécessaire pour qu'un certain volume de gaz traverse une certaine zone d'une membrane dans des conditions de pression données. Il est proportionnel à la résistance interne de la batterie assemblée avec la membrane, c'est-à-dire que plus la valeur est grande, plus la résistance interne est grande. Cependant, il est inutile de comparer simplement les nombres de Gurley de deux membranes différentes, car leurs microstructures peuvent être complètement différentes, mais le nombre de Gurley du même type de membrane peut bien refléter la taille de la résistance interne.
Température
Température de fermeture des pores : la réaction exothermique à l'intérieur de la batterie, l'auto-échauffement, la surcharge ou un court-circuit externe de la batterie génèrent beaucoup de chaleur, ce qui provoque la fermeture des micropores, bloquant ainsi la transmission continue des ions et formant un circuit ouvert, ce qui protège la batterie. La température à laquelle les pores se ferment est la température de fermeture des pores. Mais pour les petites batteries, l'effet du mécanisme d'arrêt thermique est limité. Généralement, le PE est de 130-140 °C et le PP de 150 °C. Il est préférable d'avoir une température de fermeture des pores plus basse.
La température de rupture de la membrane fait référence à l'auto-échauffement interne de la batterie, et un court-circuit externe augmente la température interne de la batterie. Après avoir dépassé la température de fermeture, les micropores sont bloqués pour empêcher le flux de courant, et la température de la performance de thermofusion augmente encore, provoquant la rupture de la membrane et le court-circuit de la batterie. La température au moment de la rupture est la température de rupture. Une température de rupture plus élevée est préférable.
Résistance à la perforation
À une certaine vitesse (3 à 5 mètres par minute), une aiguille d'un diamètre de 1 mm sans bords tranchants est percée contre le septum fixe en forme d'anneau. La force maximale appliquée à l'aiguille pour pénétrer le septum est appelée résistance à la perforation. Une résistance à la perforation suffisante peut empêcher les dendrites de lithium et les bavures de pièces polaires de percer la membrane et de provoquer des courts-circuits. La valeur de résistance à la perforation est généralement de 300 à 500 g. Cependant, la méthode utilisée dans le test est très différente de la situation réelle de la batterie. Il n'est pas particulièrement raisonnable de comparer directement la résistance à la perforation des deux types de séparateurs.
Résistance mécanique
La résistance mécanique fait principalement référence à la résistance à la traction du diaphragme, et une résistance à la traction suffisante peut empêcher le diaphragme de se déformer. La résistance à la traction du diaphragme est liée au processus de fabrication du film. Lorsqu'un étirement uniaxial est utilisé, la résistance du diaphragme dans la direction d'étirement est différente de celle dans la direction verticale ; lorsqu'un étirement biaxial est utilisé, la cohérence du diaphragme dans les deux directions sera similaire. Généralement, la résistance à la traction fait principalement référence au fait que la résistance longitudinale doit atteindre plus de 100 MPa, et la résistance transversale ne doit pas être trop élevée. Une valeur trop élevée entraînera une augmentation du taux de rétrécissement transversal. Ce rétrécissement augmentera le risque de contact entre les électrodes positives et négatives pour les fabricants de batteries au lithium.
Infiltration
Afin de garantir que la résistance interne de la batterie ne soit pas trop élevée, il est exigé que le diaphragme puisse être complètement mouillé par l'électrolyte utilisé dans la batterie. D'une part, le degré de mouillabilité est lié au matériau du diaphragme lui-même, et d'autre part, il est étroitement lié à la surface et à la microstructure interne du diaphragme. Une meilleure mouillabilité est bénéfique pour améliorer l'affinité entre le diaphragme et l'électrolyte, élargir la surface de contact entre le diaphragme et l'électrolyte, augmentant ainsi la conductivité ionique, et améliorant les performances de charge/décharge et la capacité de la batterie. La mouillabilité peut être mesurée en mesurant son taux d'absorption de liquide et son taux de rétention de liquide.
Cohérence
En raison des différences dans le processus de préparation, la cohérence du diaphragme peut varier considérablement. La cohérence comprend des caractéristiques intrinsèques telles que la température de fermeture, ainsi que des caractéristiques apparentes telles que la cohérence des pores et de l'épaisseur observées au microscope électronique. Plus la cohérence du diaphragme est élevée, meilleures sont les autres performances.
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