Physikalisch-chemische Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterieseparatoren

Aufgrund unterschiedlicher Herstellungsprozesse kann die Konsistenz von Lithium-Ionen-Batterieseparatoren erheblich variieren. Diese Konsistenz umfasst inhärente Eigenschaften wie Verschlusstemperatur und scheinbare Konsistenz, wie die unter einem Elektronenmikroskop beobachtete Konsistenz von Porengröße und -dicke.

Physikochemische Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterieseparatoren

1. Befeuchtbarkeit und Benetzungsrate. Schlechte Benetzbarkeit des Separators erhöht den Widerstand sowohl des Separators als auch der Lithium-Ionen-Batterie, was die Zyklusleistung und die Lade-/Entladungseffizienz der Lithium-Ionen-Batterie beeinflusst. Die Benetzbarkeit des Separators bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der der Elektrolyt in die Mikroporen des Separators eindringt, was mit der Oberflächenenergie, Porengröße, Porosität und Tortuosität des Separators zusammenhängt.
2. Membranabsorptionsrate. Da Lithium-Ionen-Batterieseparatormaterialien als Elektrolyte fungieren, müssen sie folgende Bedingungen erfüllen: ausreichend, um ungehinderte Ionenkanäle zu gewährleisten, und eine hohe Flüssigkeitsabsorptionsrate. Unweigerlich treten viele Nebenwirkungen im Batteriesystem auf, die eine große Menge Elektrolyt verbrauchen. Daher sind ausreichende Reserven notwendig; Andernfalls führt dies zu einem Mangel an Elektrolyten, erhöht den Widerstand an den Schnittstellen und beschleunigt den Elektrolytverbrauch, wodurch ein Teufelskreis entsteht. Daher ist die Absorptionsrate des Fluidseparators ein wichtiger Parameter.
3. Chemische Stabilität. Der Separator sollte über einen langen Zeitraum im Elektrolyten stabil bleiben und unter starken Redoxbedingungen nicht mit dem Elektrolyt und den Elektrodenmaterialien reagieren. Die chemische Stabilität des Separators wird durch Messung der Korrosionsbeständigkeit sowie der Ausdehnungs-/Kontraktionsrate des Elektrolyten bewertet.
4. Wärmestabilität. Lithium-Ionen-Akkus geben beim Laden und Entladen Wärme ab, insbesondere bei Kurzschlüssen oder Überladung. Daher sollte der Trenner bei steigender Temperatur seine ursprüngliche Integrität und eine gewisse mechanische Festigkeit beibehalten, um seine Funktion der Isolierung der positiven und negativen Elektroden sowie der Verhinderung von Kurzschlüssen fortzusetzen.
5. Separator-Widerstand. Die Membranresistivität ist tatsächlich die Resistivität des Elektrolyten in den Mikroporen. Sie hängt mit vielen Faktoren zusammen, wie Porosität, Porentortuosität, Elektrolytleitfähigkeit, Membrandicke und der Benetzbarkeit des Elektrolyts für das Membranmaterial. Es ist eine häufig verwendete Wechselstromimpedanzmethode zur Prüfung des Separatorwiderstands. Da die Folie sehr dünn ist, treten häufig Defekte auf, die den Messfehler verstärken. Deshalb verwenden wir oft mehrschichtige Stichproben und nehmen den Durchschnittswert.
6. Selbstisolations-Performance. Wenn die Temperatur ein bestimmtes Niveau überschreitet, findet in der Lithium-Ionen-Batterie eine exotherme Reaktion statt, die zur Selbsterwärmung führt. Zusätzlich können Ladegerätsstörungen, Sicherheitsstromausfälle und andere Probleme zu Überladen oder externen Kurzschlüssen führen, die alle erhebliche Wärme erzeugen. Aufgrund seines thermoplastischen Polyolefinmaterials wird die ionenleitende Membran des porösen Polymers bei Annäherung an den Schmelzpunkt des Polymers zu einer undichten Isolierschicht, die den Stromkreis verschließt und verhindert, dass die Ionen einen vollständigen Kreis bilden, wodurch die Batterie geschützt wird. Daher können Polyolefin-Separatoren zusätzlichen Schutz für die Batterie bieten.

Die Hauptfunktion des Separators in einer Lithium-Ionen-Batterie besteht darin, die positiven und negativen Elektroden zu trennen, um deren Kontakt und Kurzschlüsse zu verhindern. Außerdem lässt es Elektrolytionen durchströmen. Es ist bekannt, dass die Qualität des Separators direkt die Kapazität, die Zykluskapazität und die Sicherheitsleistung der Lithium-Ionen-Batterie beeinflusst; Daher ist eine überlegene Separatorleistung entscheidend, um die Gesamtleistung der Batterie zu verbessern.