Диафрагма является важной частью литий-ионной батареи, литий-ионная батарея играет роль в предотвращении короткого замыкания между положительным и отрицательным и включает ионы. Подготовка текущей диафрагмы имеет две широкие категории: 1) сухой процесс растяжения , 2) мокрый процесс, сухой процесс в настоящее время является наиболее широко используемым процессом приготовления мембран, но существует очевидная анизотропия мембраны, полученной сухим способом, например, в продольном направлении MD, растяжение диафрагмы Прочность до 120 МПа выше, но в поперечном направлении TD и диагональном направлении прочности на разрыв DD только немного выше 20 МПа, эта особенность сепаратора также привела к литий-ионным батареям при внешней деформации во всех направлениях Существует большая разница в штаммах, которые могут быть устойчивыми.
В настоящее время исследование механических свойств диафрагмы в основном представляет собой горизонтальную и вертикальную прочность на растяжение, исследование сжимающих свойств диафрагмы относительно невелико, главным образом потому, что толщина диафрагмы очень тонкая, на традиционный метод испытания на сжатие влияет разрешение, часто Нужно, чтобы десятки слоев или даже сотни слоев мембранного стека вместе, различные слои мембраны в направлении консистенции и воздуха между диафрагмой окажут большое влияние на точность результатов испытаний, поэтому традиционный метод испытания на экструзию очень Трудно получить точные данные о прочности на сжатие диафрагмы.
Недавно в Университете штата Мичиган Шатьян Ян и др. Изучили сжимающие свойства мембраны Celgard 2400 в воздухе и DMC с использованием емкостного принципа. На следующем рисунке показана модель 3D-реконструкции Celgard 2500, которая может быть видна из модели Существует четкая разница в структуре сепаратора в TD, MD и TTD, что также является основной причиной существенной разницы в механической прочности сепаратора во всех трех направлениях.
Принцип конструкции Метод испытания емкостной Shutian Ян показан ниже. Экспериментальная установка состоит по существу из двух вертикальных гладкого стекл нного диска, с помощью метода магнетронного распыления в центральном положении стеклянной пластины, покрытой толстым слоем металла 5 нм вольфрамовое покрытие, в виде двух электродов конденсатора. во время испытания, пластина необходимо производить сепаратор 3 мм, мембрана 3 образец помещают на нижнюю, соответственно, как показано на фиг три позиции, и две верхние и нижние листы стекла применяя давление, диафрагма деформируется, в результате чего расстояние между двумя вольфрамовыми электродами изменяется, что приводит к изменению емкости путем измерения изменения емкости между двумя вольфрамовыми электродами может вычислить значение изменения расстояния, и, соответственно, рассчитать напряжение диафрагмы.
Две мембраны, используемая в тесте, так, чтобы общая толщина сепаратора составляет около 50um, чтобы уменьшить ошибки в тесте. На приведенном ниже рисунке представлен график зависимости емкости между внешней силой, можно увидеть в самом начале, внутренний короткий диапазон, диафрагма с небольшим усилием, емкость увеличивается много (много показали уменьшенную толщину диафрагмы), которая может быть неровной или грубой сухой поверхности мембраны кромки заусенцы, в результате чего время простоя стекла не полностью в контакте с началом сепаратора, с площадь приложенного давления увеличивается, диафрагма в контакте с листом стекла постепенно увеличивается, прочность на сжатие была также значительно увеличена мембрану.
Тщательный анализ давления и кривые деформации (рис г) может быть найден кривая напряжение-деформация может быть разделены на четыре области: а) первоначальный контакт область; 2) линейная область; 3) с получением области; 4) компактирования области, в которой область 1 подобна. мы проанализировали выше, поскольку несовершенный контакт между мембраной и стекла нным листом, так что при малом давлении, будет иметь большую деформацию. область 2 происходит в основном линейную область деформации диафрагмы. 3, показывающая область сепаратора достигнутой предел текучести. общая площадь 4 представляет собой пористый материал уплотнен область.
Шутян Янь вычислил модуль упругости сепаратора с использованием модуля упругости зоны 2 и зоны 4 диафрагмы Celgard 2400 в воздухе 0,191 ± 0,020 ГПа в области зоны 2 и модуля упругости диафрагмы в DMC Модуль составляет 0,165 ± 0,020 ГПа. Модуль упругости сепаратора в направлении толщины очень близок к пределу прочности на разрыв сепаратора в поперечном направлении TD, который связан со структурой сепаратора. Однослойный сепаратор PP Celgard 2400 использует процесс сухой вытяжки Параллельные листы, предварительно собранные вместе в сепараторе, раздвигаются во время растяжения, а растянутый сепаратор в основном состоит из аморфных нановолокон между полукристаллическими листами и листами, как показано на первом листе Как показано на рисунке, продольное направление MD главным образом поглощает силу растяжения аморфных нановолокон, в то время как продольное направление TD и направление TTD толщины подвергаются растягивающей силе полукристаллическим листом. Поскольку диафрагмы имеют одинаковые направления TD и TTD Структура, модуль упругости в направлении толщины сепаратора и прочность на растяжение в поперечном направлении TD относительно близки друг к другу.
Мембрана Celgard 2400 имеет модуль упругости на воздухе 0,270 ± 0,004 ГПа и модуль упругости в DMC 0,386 ± 0,035 ГПа, когда мембранная деформация достигает области 4, что приводит к увеличению сжимающей способности мембраны в DMC Возможно, что часть DMC, захваченная в порах внутри мембраны после сдавливания мембраны в уплотненную область, сыграла роль мембраны.
Для того, чтобы имитировать сжатие сепаратора в реальной батарее, Шутиан Янь также провел анализ упругости упругости на положительном электроде на NMC и трехслойную композитную структуру сепаратора PP / NMC-положительного электрода / PP. Результаты испытаний показывают, что положительный электрод NMC сжимается в воздухе (1,084 ± 0,029 ГПа). Модуль упругости в DMC составляет 0,892 ± 0,033 ГПа, что значительно выше, чем у анода LCO (0,232 ГПа) и катода LiNiCoAlO2 (0,610 ГПа).
Сжимающий модуль упругости мембраны PP / NMC-положительного электрода / PP-мембраны на воздухе составлял 0,362 ГПа, а модуль упругости составлял 0,336 МПа в DMC. Согласно принципу смешивания модуля упругости упругости Модуль упругости составной структуры слоя может быть рассчитан по следующей формуле, но фактические результаты испытаний не полностью согласуются с предсказанием теоретического результата, указывая на то, что существует взаимодействие между положительным электродом NMC и сепаратором. Как известно, шероховатость поверхности положительного электрода NMC намного выше На поверхности стекла выступающее положение положительной поверхности NMC сначала сжимается к диафрагме при сжатии. Во время последующей деформации экструзии шероховатая поверхность NMC-положительного электрода также ограничивает диафрагму, Это также повлияет на модуль упругости диафрагмы, что также приведет к определенному отклонению результатов испытаний от прогнозируемых.
Для того, чтобы имитировать сжатие сепаратора в реальной батарее, Шутиан Янь также провел анализ упругости упругости на положительном электроде на NMC и трехслойную композитную структуру сепаратора PP / NMC-положительного электрода / PP. Результаты испытаний показывают, что положительный электрод NMC сжимается в воздухе (1,084 ± 0,029 ГПа). Модуль упругости в DMC составляет 0,892 ± 0,033 ГПа, что значительно выше, чем у катода LCO (0.232GPa) и катода LiNiCoAlO2 (0,610 ГПа).
Сжимающий модуль упругости мембраны PP / NMC-положительного электрода / PP-мембраны на воздухе составлял 0,362 ГПа, а модуль упругости составлял 0,336 МПа в DMC. Согласно принципу смешивания модуля упругости упругости Модуль упругости составной структуры слоя может быть рассчитан по следующей формуле, но фактические результаты испытаний не полностью согласуются с предсказанием теоретического результата, указывая на то, что существует взаимодействие между положительным электродом NMC и сепаратором. Как известно, шероховатость поверхности положительного электрода NMC намного выше На поверхности стекла выступающее положение положительной поверхности NMC сначала сжимается к диафрагме при сжатии. Во время последующей деформации экструзии шероховатая поверхность NMC-положительного электрода также ограничивает диафрагму, Это также повлияет на модуль упругости диафрагмы, что также приведет к определенному отклонению результатов испытаний от прогнозируемых.
