O diafragma é uma parte importante da bateria de iões de lítio, a bateria de íon de lítio desempenha um papel na prevenção do curto-circuito entre o positivo e o negativo e liga os íons. A reparação do diafragma atual tem duas grandes categorias: 1) processo de estiramento a seco 2) processo húmido, o processo a seco é atualmente o processo de preparação da membrana mais utilizado, mas existe uma anisotropia óbvia da membrana preparada pelo processo seco, por exemplo, na direção MD longitudinal, a tensão do diafragma A força de até 120MPa acima, mas na TD transversa e a resistência diagonal à tração de direção DD é apenas um pouco maior do que 20MPa, essa característica do separador também levou a baterias de iões de lítio na deformação externa, em todas as direções Existe uma grande diferença nas tensões que podem ser sustentadas.
Atualmente, a pesquisa sobre as propriedades mecânicas do diafragma é principalmente a força de tração horizontal e vertical, a pesquisa sobre as propriedades compressivas do diafragma é relativamente pequena, principalmente porque a espessura do diafragma é muito fina, o método de teste espremido tradicional é afetado pela resolução, muitas vezes Precisa de dezenas de camadas, ou mesmo centenas de camadas de membrana em conjunto, as diferentes camadas de membrana na direção da consistência e do ar entre o diafragma terão um grande impacto na precisão dos resultados do teste, de modo que o método de teste de extrusão tradicional é muito Difícil de obter dados precisos de resistência à compressão do diafragma.
Recentemente, Shutian Yan e outros da Michigan State University estudaram as propriedades de compressão da membrana Celgard 2400 no ar e DMC usando o princípio capacitivo. A figura a seguir mostra o modelo de reconstrução 3D do Celgard 2500, que pode ser visto a partir do modelo Há uma clara diferença na estrutura do separador no TD, MD e TTD, que também é a razão fundamental para a diferença significativa na resistência mecânica do separador nas três direções.
O princípio do método de teste de capacitância projetado por Shutian Yan é mostrado na figura abaixo: O equipamento experimental é composto principalmente de dois discos de vidro liso, que são feitos por pulverização por magnetron e são revestidos com uma camada de metal de 5nm de espessura na posição central da bolacha de vidro Revestimento de tungstênio como os dois eletrodos do capacitor durante o teste, o diafragma precisa ser feito em um disco de 3mm, as três amostras de diafragma foram colocadas nas três posições mostradas na Figura a e, em seguida, nas duas folhas de vidro A pressão é aplicada para deformar o diafragma fazendo com que a distância entre os dois eletrodos de tungstênio mude, causando uma mudança de capacitância, que pode ser calculada medindo a mudança de capacitância entre os dois eletrodos de tungstênio Calcule a tensão do diafragma.
O teste utiliza um diafragma de duas camadas, tornando a espessura total do diafragma cerca de 50um, para reduzir o erro de teste. A seguir está a curva da capacitância e força externa aplicada, você pode ver no início um curto período de alcance, A membrana está sujeita a muito pouca força e a capacitância é muito maior (indicando uma espessura de membrana muito menor). Isso pode ser devido à superfície áspera da membrana ou à rebarba na borda, fazendo com que as placas de vidro superior e inferior não estejam inicialmente em contato com o diafragma no início Com o aumento da pressão aplicada, a área de contato entre o diafragma e a folha de vidro também aumenta gradualmente, e a capacidade de compressão do diafragma também aumenta significativamente.
Uma análise cuidadosa das curvas de tensão e de deformação (Figura d) mostra que a curva tensão-deformação pode ser dividida em quatro zonas: 1) a zona de contato inicial 2) a zona linear 3) a zona de produção 4) a zona compactada onde a zona 1 é a mesma Como analisamos acima, devido ao contato incompleto entre o diafragma e a folha de vidro, ocorre uma deformação maior sob uma pequena pressão. A região 2 é principalmente uma região onde o diafragma se deforma linearmente. A Região 3 indica que o diafragma atingiu Limite de rendimento, enquanto a Zona 4 é uma zona comum de compactação para materiais porosos.
Shutian Yan calculou o módulo de elasticidade do separador usando a Zona 2 e a Zona 4, o módulo de elasticidade do diafragma Celgard 2400 no ar a 0.191 ± 0.020 GPa para a Zona 2 e o módulo elástico do diafragma em DMC O módulo é 0.165 ± 0.020GPa. O módulo de elasticidade do separador na direção da espessura é muito próximo da resistência à tração do separador na direção transversal TD, que está relacionada à estrutura do separador. O separador de PP de camada única Celgard 2400 adota o processo de desenho a seco As folhas paralelas originalmente empilhadas no separador são separadas durante o alongamento, e o separador estirado é composto principalmente de nanofibras amorfas entre as folhas semi-cristalinas e as folhas, conforme mostrado na primeira folha Como mostrado na figura, a direção MD longitudinal absorve principalmente a força de tração das nanofibras amorfas enquanto a direção longitudinal TD e a direção de espessura TTD são todas sujeitas à força de tração pela folha semi-cristalina. Como os diafragmas possuem direções TD e TTD semelhantes A estrutura, o módulo de elasticidade na direção da espessura do separador e a resistência à tração na direção transversal TD são relativamente próximas uma da outra.
A membrana Celgard 2400 tem um módulo de elasticidade no ar de 0,270 ± 0,004 GPa e um módulo de elasticidade em DMC de 0,386 ± 0,035 GPa quando a tensão da membrana atinge a Região 4, resultando em um aumento na capacidade de compressão da membrana em DMC É possível que parte do DMC preso nos poros dentro da membrana após a compressão da membrana na área compactada desempenhou o papel de uma membrana.
Para simular a compressão do separador em uma bateria real, Shutian Yan também realizou uma análise de módulo de elástico de compressão no eléctrodo positivo da NMC e a estrutura compósita de três camadas do separador PP / eléctrodo positivo NMC / separador de PP. Os resultados do teste mostram que o eletrodo positivo da NMC (1.084 ± 0.029GPa). O módulo de elasticidade em DMC é 0.892 ± 0.033GPa, que é significativamente maior do que o ânodo LCO (0.232GPa) e o cátodo LiNiCoAlO2 (0.610GPa).
E 'PP separador / NMC cátodo / PP separador' o módulo de elasticidade da estrutura compósita de três camadas é extrusada em 0.362GPa ar, o módulo de elasticidade de DMC foi 0.336MPa. De acordo com os princípios do módulo de elasticidade da mistura, tris o módulo de elasticidade da estrutura de camada composta pode ser obtido pela seguinte fórmula de cálculo, mas o resultado do teste real não é inteiramente consistente com os resultados teóricos previstos, o que sugere que a interacção entre o eléctrodo positivo e o NMC separador é bem conhecido, a extensão da superfície do eléctrodo positivo áspera seco NMC muito maior superfície do vidro, de modo que quando o NMC espremido superfície do eléctrodo positivo em uma posição que se projecta para o diafragma será pressionado pela primeira vez, em um processo de extrusão subsequente, a superfície do eléctrodo positivo NMC produzirá seco áspero limitando efeito sobre o diafragma, isto também tem um módulo de elasticidade do separador de impacto, o que também conduz a resultados com um desvio em relação ao resultado de previsão.
A fim de simular pressionar o diafragma estar em uma célula real, e estrutura compósita de três camadas 'separador de PP / NMC eléctrodo positivo / separador PP' Shutian Yan NMC também positivo tem uma análise módulo de extrusão elástico, os resultados do teste mostram que o cátodo de ar NMC pressionando o módulo de elasticidade foi 1,084 ± 0.029GPa, o módulo de elasticidade de DMC foi 0,892 ± 0.033GPa, este valor é significativamente maior do que o LCO do eléctrodo positivo (0.232GPa) e LiNiCoAlO2 positivo (0.610GPa).
O módulo elástico compressivo da membrana PP / eléctrodo positivo NMC / composto de membrana PP no ar foi de 0,362GPa, e o módulo elástico foi de 0,336 MPa em DMC. De acordo com o princípio da mistura de módulo elastico de elasticidade O módulo elástico da estrutura composta da camada pode ser calculado pela seguinte fórmula, mas os resultados reais do teste não são completamente consistentes com a previsão do resultado teórico, indicando que existe uma interação entre o eletrodo positivo NMC e o separador. Como é bem conhecido, a rugosidade da superfície do eletrodo positivo NMC é muito maior Na superfície do vidro, a posição saliente da superfície positiva do NMC será apertada no diafragma primeiro quando pressionada e a superfície da superfície grosseira positiva do NMC também irá limitar o diafragma durante a subseqüente deformação da extrusão, Isso também afetará o módulo de elasticidade do diafragma, o que também leva a um certo desvio dos resultados do teste dos previstos.
