У сложеном систему литијумских батерија, сепаратор, мада наизглед неупадљиво, игра пресудну улогу у перформансама батерије. Позиционирани између катоде и аноде батерије, примарне функције сепаратора су да се спречи директан контакт између катоде и аноде, што би могло довести до кратких спојева, истовремено омогућавајући литијум јони да слободно прођу током пуњења и испуштањем оперативног циклуса батерије. Квалитет перформанси сепаратора директно утиче на неколико кључних показатеља перформанси батерије, укључујући густину енергије, густину енергије, живот циклуса и сигурност. Овај чланак ће детаљно забрањети у перформансе сепаратора литијум-батерије.
1. Порозност и величина пора
Порозност и величина пора важни су параметри за процену перформанси сепаратора. Порозност се односи на број или удео микропора унутар сепаратора. Височна порозност омогућава више канала преноса литијум-јонских преноса, који погодује побољшању могућности батерије, омогућавајући батерији да одржава добре перформансе током пуњења и пражњења на високим тренутним трошковима. Поред тога, висока помагала порозности у унапређењу енергетске влажне и јонске миграције, на тај начин побољшавају укупне перформансе батерије.
Међутим, порозност није виша то је боље. Прекомерно висока порозност може довести до смањене механичке снаге сепаратора, чинећи да је склон пуцању током склопке батерије и употребе, на тај начин утицало на сигурност батерије и радни век батерије. Стога је потребно максимизирати порозност док обезбеђују механичку чврстоћу.
Величина пора слично има значајан утицај на перформансе батерије. Порезни поре на одговарајући начин могу осигурати глатки одломак литијум-јонски пролаз иако ефикасно блокира пролаз катоде и аноде честица, спречавање кратких склопова. Ако је величина пора је превелика, може довести до директне контакте катодног аноде, покретање питања безбедности; Прекомерно мали поре, са друге стране, повећавају отпорност на пренос литијума, смањујући ефикасност пуњења и пражњења батерије. Поред тога, униформност пора је такође пресудна, јер неравномерне величине пора могу резултирати неравномерном тренутном дистрибуцијом у батерији, утицај на перформансе и животни век.
2 дебљине
Дебљина сепаратора је још један важан фактор који утиче на перформансе батерије. Разређивачи сепаратори могу смањити унутрашњу отпорност на батерију, побољшати брзину преноса литијум ионске преношење, чиме се повећава густина енергије и густине енергије батерије. Поред тога, танки сепаратори доприносе смањењу тежине и јачине батерије, побољшање лагане мере батерије.
Међутим, претјерано танки сепаратори могу угрозити њихову механичку чврстоћу и топлотну стабилност. Под спољним силама или температурним променама, танки сепаратори су склони пуцању или деформацији, што доводи до унутрашњих кратких склопова или топлотне проблеме са несигурностима. Због тога је потребно умањити дебљину сепаратора док обезбеђују механичку чврстоћу и топлотну стабилност.
3. Хемијска стабилност
Током рада батерије, сепаратор долази у контакт са електролитом и материјалима катоде \/ аноде. Стога сепаратор мора да поседује добру хемијску стабилност, способну да се одупире ерозији електролита и хемијски не реагује са катодом или анодом. У супротном, сепаратор може бити кородиран или разграђен, што доводи до смањене перформансе батерије или чак неуспех.
Да се побољшају хемијска стабилност сепаратора, обично се примењују третмани за модификацију површине или премаза. На пример, премазивање сепаратор полиолефина са керамичким честицама као што је Алумина или силицијум може значајно побољшати његову хемијску стабилност и перформансе високог температура. Поред тога, методе модификације цепљења могу се користити за увођење хидрофилних или хидрофобних група на површину сепаратора, побољшавајући његову влажење или хидрофобност електролитом.
4. Термална стабилност
Термална стабилност сепаратора има значајан утицај на перформансе безбедности батерије. Под ненормалним условима као што су прегревање или прегревање, сепаратор мора да води структурни интегритет да спречи даљњи контакт катоде и спречавање термалног бежања. Сепаратори са добре топлотне стабилности могу брзо да затворе поре на високим температурама, одсечене ионске канале преноса, чиме побољшавају сигурност батерије.
Да би се побољшала термичка стабилност сепаратора, уобичајено се користе следеће методе: Једно је припрема сепаратора из материјала отпорних на високе температуре; Други је да додате ретарданте пламена или неорганске пунила у сепаратор; Треће је примењивање процеса пост-третмана, као што су топлотни третман или умрежавање зрачења.
На пример, материјали отпорни на високе температуре попут полиимида (ПИ) и полиарилетхекетерона (Пеек) могу да одржавају структурни интегритет на вишим температурама, ефикасно спречавајући унутрашње кратке склопове под екстремним условима. Поред тога, сепаратори пресвучени керамиком могу да одржавају структурни интегритет на високим температурама, ефикасно спречавајући топлотне бекство и експлозије батерије.
5. влажење
Влажност сепаратора односи се на способност електролита да влажи површину сепаратора. Добра влажност омогућава електролиту да у потпуности влажи сепаратор, смањујући отпорност на литијум ионски пренос и побољшање перформанси батерије. Влажење такође утиче на живот и сигурност батерије. Сиромашна влажење сепаратора може спречити да електролит у потпуности влажи сепаратор, потенцијално што доводи до лошег унутрашњег јонираног преноса, што утиче на пуњење батерије и пражњење живота и живот циклуса. Поред тога, сепаратори са лошом влажење могу изазвати локализовано прегревање током пуњења и пражњења, повећавајући ризике безбедности батерије.
Да би се побољшала непромишљеност одвајача, уобичајено се користе следеће методе: Једно је да одаберете сепаратор са високом порозношћу и одговарајућим величинама пора; Други је да се хидрофилни третман или капуте хидрофилни материјали на површини сепаратора; Треће је оптимизирање формулације и састава електролита. На пример, премаз полиолефина сепаратор са слојем хидрофилних полимера или честица неорганских оксида може значајно побољшати његову влажење електролита.
6 механичка чврстоћа
Механичка снага сепаратора односи се на своју способност да издржи спољне силе без пуцања или деформације. Током склопа и употребе батерије, сепаратор мора да издржи затезање, компресивно и друге спољне силе. Стога сепаратор мора да поседује довољну механичку снагу да остане нетакнута током употребе батерије, одржавање стабилне размаке електрода.
Да би се побољшала механичка чврстоћа сепаратора, следеће методе се обично користе: Једно је да се припрема одвојена од материјала за високу чврстоћу; Друго је применити процесе пост-лечења као што су истезање или компресију до сепаратора; Трећи је да се сепаратор додаје агенте за појачање или неоргански пунила. На пример, вишеслојни просторни сепаратори, који комбинују сепаратори различитих материјала и својстава могу значајно побољшати механичку чврстоћу, топлотну стабилност и успоравање пламена. Поред тога, сепаратори пресвучени керамиком такође могу у одређеној мери побољшати механичку снагу сепаратора.
7. Остала својства
Поред горе поменутих својстава, литијумски сепаратори батерије такође морају имати и друге некретнине као што су пропусност гаса и капацитета за задржавање електролита. Пропусност гаса односи се на способност сепаратора да дозволи пролаз гаса. Током пуњења батерије и пражњења, израђује се одређена количина гаса. Ако је пропусност гаса сепаратора лоша, ови гасови се могу накупљати унутар батерије, повећавајући унутрашњи притисак и утицати на сигурност батерије и радни век. Стога сепаратор мора да поседује одређени ниво пропусности гаса како би се осигурао правовремени одзрачивање гаса током пуњења батерије и пражњења.
Капацитет за задржавање електролита односи се на способност сепаратора да задржи одређену количину електролита током рада батерије. Ако је капацитет за задржавање сепаратора лош, електролит може процурити или испаравати из сепаратора, што доводи до лошег унутрашњег јонираног преноса, који утиче на пуњење батерије и пражњење живота и животни век батерије. Због тога сепаратор мора да поседује добре капацитете за задржавање електролита како би се осигурало стабилне перформансе батерије током дуготрајне операције.
8 закључак и изгледи
Укратко, перформансе литијумске акумулатора има значајан утицај на укупне перформансе и сигурност батерије. Порозност, величина пора, дебљине, хемијска стабилност, топлотна стабилност, влажење и механичка чврстоћа су параметри перформанси који заједно одређују квалитет сепаратора. Са сталним чврстим потражњом за литијумским батеријама у индустријама као што су нова енергетска возила, системи за складиштење енергије и потрошачке електронике, захтеви за перформансе за сепараторе такође су све високи.