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L’effet et l’influence du diaphragme sur la batterie au lithium | Diaphragme d’Aro



L’effet et l’influence du diaphragme sur la batterie au lithium

épaisseur

L’épaisseur est liée à la résistance interne, plus la résistance interne est mince, plus la résistance interne est petite, de manière à obtenir une charge et une décharge à haute puissance. Aussi petite que possible sous une certaine résistance mécanique, plus la résistance à la perforation est épaisse, mieux c’est. Pour les batteries lithium-ion consommables, 25μm est généralement utilisé comme norme pour l’épaisseur du séparateur. Cependant, sous la forme d’une demande croissante de produits portables, des diaphragmes de 16 μm et même plus minces ont commencé à être utilisés dans un large éventail d’applications. Pour les batteries de puissance, les exigences mécaniques du processus d’assemblage rendent le diaphragme requis plus épais, et les performances de sécurité sont très importantes pour les batteries de puissance, et un diaphragme plus épais signifie une meilleure sécurité.

L’uniformité de l’épaisseur du diaphragme est un indicateur de qualité particulièrement important, qui affecte directement la qualité d’apparence et les performances internes du rouleau de diaphragme. Il doit être strictement contrôlé pendant le processus de production. Dans une ligne de production de diaphragme hautement automatisée, l’épaisseur du diaphragme est automatiquement détectée et contrôlée par une jauge d’épaisseur en ligne sans contact très précise et un système de contrôle de rétroaction rapide. L’uniformité de l’épaisseur du diaphragme comprend l’uniformité de l’épaisseur longitudinale et l’uniformité de l’épaisseur latérale, dont l’uniformité de l’épaisseur latérale est particulièrement importante, et elle doit généralement être contrôlée à moins de ±1 micron.

Ouverture

Le matériau séparateur de batterie au lithium lui-même a une structure microporeuse, et la distribution des micropores dans l’ensemble du matériau 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 0,03-0,12um. Une taille de pores trop petite augmentera la résistance, une taille de pores trop grande fera facilement entrer en contact les pôles positifs et négatifs ou sera percé et court-circuité par des dendrites. D’une manière générale, la membrane de taille des pores submicroniques est suffisante pour empêcher le passage direct des particules d’électrode. Bien sûr, certains problèmes tels que les micro-courts-circuits causés par un mauvais traitement de surface des électrodes et plus de poussière ne sont pas exclus.

Porosité

La porosité est le pourcentage volumique 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 du séparateur de batterie lithium-ion existant est comprise entre 40% et 50%.

Résistance respirante

Théoriquement parlant, le diaphragme n’est pas une partie nécessaire de la batterie. Il sera ajouté pour répondre à la production industrielle à l’avenir. Par conséquent, le diaphragme doit répondre à une performance très importante: il ne peut pas détériorer les performances électrochimiques de la batterie, qui se manifestent principalement dans la résistance interne. Deux paramètres sont utilisés pour évaluer cette performance :

Nombre de MacMullin : Rapport entre la résistivité du diaphragme contenant l’électrolyte et la résistivité de l’électrolyte lui-même. Plus la valeur est petite, mieux c’est, et la valeur d’une batterie lithium-ion consommable est d’environ 8.

Nombre de Gurley : Temps nécessaire pour qu’un certain volume de gaz traverse une certaine zone d’un diaphragme dans certaines conditions de pression. Elle est proportionnelle à la résistance interne de la batterie assemblée avec le diaphragme, c’est-à-dire que plus la valeur est grande, plus la résistance interne est grande. Cependant, il est inutile de simplement comparer les nombres de Gurley de deux diaphragmes différents, car leurs microstructures peuvent être complètement différentes, mais le nombre de Gurley du même type de diaphragme peut bien refléter la taille de la résistance interne.

température

Température des cellules fermées: La réaction exothermique à l’intérieur de la batterie auto-échauffant, surcharge ou court-circuit externe de la batterie générera beaucoup de chaleur, provoquant la fermeture des micropores, bloquant ainsi la transmission continue des ions et formant un circuit ouvert, qui joue un rôle dans la protection de la batterie , La température lorsque les pores sont fermés est la température des pores fermés. Mais pour les petites batteries, l’effet du mécanisme d’arrêt thermique est limité. En général, le PE est de 130-140 ° C et le PP est de 150 ° C. Il est préférable d’avoir une température de cellule fermée 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. Une fois la température de fermeture dépassée, les micropores sont bloqués pour bloquer le flux de courant et la température des performances thermofusibles augmente encore, provoquant la rupture du diaphragme 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 (3-5 mètres par minute), une aiguille d’un diamètre de 1 mm sans arêtes vives est percée contre le septum fixe en forme d’anneau. La force maximale appliquée à l’aiguille pour pénétrer dans le septum est appelée force de perforation. Une résistance de perforation suffisante peut empêcher les dendrites de lithium et les bavures de pièces de poteau de percer le diaphragme et de provoquer des courts-circuits. La valeur de résistance à la perforation est généralement de 300-500g. 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 réalisation du film. Lorsque l’étirement uniaxial est utilisé, la force du diaphragme dans le sens de l’étirement est différente de celle dans la direction verticale; Lorsque l’étirement biaxial est utilisé, la consistance du diaphragme dans les deux directions sera similaire. Généralement, la résistance à la traction se réfère principalement au fait que la résistance longitudinale doit atteindre plus de 100MP, et la résistance transversale ne doit pas être trop grande. Trop conduira à une augmentation du taux de retrait transversal. Ce retrait augmentera les chances que les fabricants de batteries au lithium entrent en contact avec les électrodes positives et négatives.

Infiltration

Afin de s’assurer que la résistance interne de la batterie n’est pas trop grande, il est nécessaire 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, la surface et la microstructure interne du diaphragme sont étroitement liées. Une meilleure mouillabilité est propice à l’amélioration de l’affinité du diaphragme et de l’électrolyte, à l’expansion de la surface de contact entre le diaphragme et l’électrolyte, augmentant ainsi la conductivité ionique et améliorant les performances de charge et de 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.

consistance

En raison de la différence dans le processus de préparation, la consistance du diaphragme peut être très différente. La cohérence comprend des auto-caractéristiques telles que la température de fermeture, ainsi que la cohérence apparente telle que la consistance du trou et l’épaisseur de l’observation au microscope électronique. Plus la consistance du diaphragme est élevée, meilleurs sont les autres aspects de la performance.
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