كمواد رئيسية لبطاريات الليثيوم ، يعمل فاصل البطارية كحاجز إلكتروني لمنع الاتصال المباشر بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية ، مما يسمح بتمرير أيونات الليثيوم بحرية في المنحل بالكهرباء ، وفي نفس الوقت ، يلعب الفاصل دورًا حيويًا في ضمان التشغيل الآمن للبطارية. .
صناعة فاصل بطارية ليثيوم في الصين في مرحلة التطور السريع ، أصبح الحجاب الحاجز الرطب تدريجيا المسار التقني الرئيسي ، ولكن في نفس الوقت لا يزال المستوى الفني العام من الحجاب الحاجز الداخلي ومستوى تكنولوجيا شركة الخط الأول الدولي فجوة كبيرة.
في مجال التطور التكنولوجي ، لا يستطيع حاجز البولي أوليفين التقليدي تلبية احتياجات بطاريات الليثيوم الحالية ، المسامية العالية ، المقاومة الحرارية العالية ، نقطة الانصهار العالية ، القوة العالية ، قابلية جيدة للالكهارل هو اتجاه التطوير المستقبلي لبطاريات الليثيوم أيون.
باعتبارها مادة رئيسية لبطاريات الليثيوم ، يلعب الفاصل دور العزل الإلكتروني ، مما يمنع الاتصال المباشر بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية ، مما يسمح بتمرير أيونات الليثيوم بحرية في المنحل بالكهرباء ، وفي نفس الوقت ، يلعب الفاصل دورًا حيويًا في ضمان التشغيل الآمن للبطارية.
في حالات خاصة ، مثل الحوادث ، والثقوب ، وإساءة استخدام البطاريات ، وما إلى ذلك ، قد يحدث تلف جزئي في الحجاب الحاجز ، مما يؤدي إلى اتصال مباشر بين الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية ، مما يتسبب في حدوث تفاعل شديد للبطارية مما يؤدي إلى انفجار البطارية.
لذلك ، من أجل تحسين سلامة بطارية ليثيوم أيون وضمان التشغيل الآمن والسلس للبطارية ، يجب أن يفي الحجاب الحاجز بالشروط التالية:
1. الاستقرار الكيميائي: لا يتفاعل مع الإلكتروليتات ، المواد الكهربائي
2. ترطيب: من السهل التسلل مع المنحل بالكهرباء ولا تمتد ، لا يتقلص
3. الاستقرار الحراري: تحمل درجات الحرارة العالية ، مع عزل الصمامات العالية
4. القوة الميكانيكية: قوة شد جيدة لضمان قوة وعرض التصفية الآلية
5. المسامية: ارتفاع المسامية لتلبية احتياجات التوصيل الأيوني
حالياً ، فواصل بطاريات الليثيوم المتوفرة تجارياً هي أساسًا فواصل من البولي أوليفين ذات ميكروفوروس تعتمد على البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبلين (PP) ، وهذه الفواصل ممتازة في الخواص الميكانيكية وممتازة من حيث التكلفة المنخفضة. وتستخدم على نطاق واسع استقرار الكيميائية والاستقرار الكهروكيميائية في فواصل بطارية الليثيوم.
ومع ذلك ، نظرًا لسطح الجسم الرخو ، وانخفاض مستوى طاقة مادة البولي أوليفين نفسها ، فإن نفاذية الفاصل إلى الإلكتروليت ضعيفة ، مما يؤثر على عمر دورة البطارية.
وعلاوة على ذلك، لأن درجة الحرارة تشويه الحرارة منخفضة نسبيا PE والبولي بروبيلين (PE الحرارية درجة حرارة تشوه 80 ~ 85 ℃، PP 100 درجة.] C)، يحدث انكماش الحراري للفاصل عندما تكون درجة الحرارة الشديدة مرتفعة للغاية، وبالتالي لا تصلح لهذا النوع من الحجاب الحاجز في بيئة درجة حرارة عالية في ظل الاستخدام، والغشاء البولي التقليدية غير قادرة على تلبية متطلبات اليوم من منتجات 3C وطاقة البطارية.
الطلب على ليثيوم أيون تطوير تكنولوجيا البطاريات، والباحثين بناء على غشاء البولي التقليدي على تطوير أنواع جديدة من المواد فاصل بطارية ليثيوم.
أن تعزز غشاء الألياف غير المنسوجة من خلال عملية محبوكة موجهة أو ترتيب عشوائي لتشكيل هيكل شبكة الإنترنت ومن ثم بطريقة الترسيب الكيميائي أو الفيزيائي، ولها نفاذية الهواء جيدة وامتصاص السائل.
تم استخدام المواد الطبيعية والمواد الاصطناعية على نطاق واسع في إعداد الأقمشة غير المنسوجة ، وتشمل المواد الطبيعية السليلوز ومشتقاته ، وتشمل المواد الاصطناعية البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) ، وفلوريد البولي فينيل (PVDF) ، والبولي فينيل - هيكسافلور بروبيلين (PVDF-HFP) ، بولي أميد (PA) ، بوليميد (PI) ، أراميد (meta-aramid ، PMIA ؛ PPA-arramid PPTA) ، إلخ.
البولي ايثيلين تيريفثاليت
مادة البولي ايثيلين تيريفثاليت (PET) هي مادة ذات خصائص ميكانيكية ممتازة وخصائص ديناميكية حرارية وخصائص عزل كهربائية ، ويعتمد المنتج الأكثر تمثيلاً لفواصل PET على فاصل PET الذي طورته ديجوسا ، ألمانيا. فيلم مركب مغلف بالجسيمات ، يعرض مقاومة ممتازة للحرارة ، مع درجة حرارة خلية مغلقة تصل إلى 220 درجة مئوية.
فاصل PET قبل دورة الشحن والتفريغ (a) بعد (ب) صورة SEM
جامعة شيانغتان شياو تشي تشن وآخرون (2012) من خلال العزل الكهربائي غشاء ألياف نانوية PET أعدت، لإنشاء ثلاثي الأبعاد ألياف نانوية غشاء مسامي وجود هيكل الشبكة، مثل (ب) في FIG متوسط قطر الألياف من 300 نانومتر، وسطح أملس.
العزل الكهربائي PET هو أعلى بكثير من درجة انصهار الفاصل فيلم PE، 255 درجة.] C، كحد أقصى قوة الشد 12Mpa، المسامية من 89٪، ومعدل الامتصاص من 500٪، وهي نسبة أعلى بكثير من الغشاء Celgard في السوق، والتوصيل أيون يصل 2 27 × 10-3المجلس الاعلى للقضاة -1ودورة من الغشاء Celgard ممتاز في الأداء، ودورة البطارية بعد PET حلقة فاصل 50 يبقى هيكل ليفي التي يسهل اختراقها مستقرة، مثل (أ) في FIG.
بوليميد
النسبة الثابتة (PI) هي أيضا واحدة من البوليمرات أداء جيدة عموما، وبعد الاستقرار ممتازة الحرارية، المسامية العالية، وحسن الأداء درجة حرارة عالية، استخدام على المدى الطويل في -200 ~ 300 ℃.
مياو وآخرون (2013) باستخدام أسلوب الغزل الكهربائي لإنتاج غشاء PI ألياف نانوية، ودرجة الحرارة تدهور فاصل 500 ℃، Celgard فاصل 200 أعلى من درجة التقليدية.] C، كما هو موضح أدناه، لا تحدث الشيخوخة والحرارة انكماش في 150 درجة.] C ظروف درجات الحرارة العالية.
المعروضات الثانية، منذ PI القطبية بشدة، بلل جيد للبالكهرباء، فاصل إنتاج ممتاز معدل امتصاص السائل. غشاء العزل الكهربائي PI بالمقارنة مع فاصل Celgard أنتج وجود مقاومة عالية ومنخفضة كان معدل القدرة 0. 2C معدل التصريف الاحتفاظ القدرة بعد 100 دورات يزال 100٪.
(A) Celgard، PI40μm، قبل (أ، ب، ج) معالجة فاصل 150 ℃ بعد 100μm (د، ه، و) انكماش الحرارة؛ (ب) اختبار نسبة
التلوي الأراميد
PMIA عبارة عن مادة بولي أميد عطرية ذات فرع من نوع metabenzamide على هيكلها العظمي ومقاومة حرارية تصل إلى 400 درجة مئوية. بسبب التثبيط العالي للهب ، يمكن للفاصل الذي يستخدم هذه المواد تحسين سلامة البطارية.
بالإضافة إلى ذلك ، بسبب القطبية العالية نسبيا لمجموعة الكربونيل ، فالفاصل ذو قابلية أعلى في الإلكتروليت ، وبالتالي تحسين الخصائص الكهروكيميائية للفاصل.
بشكل عام، يتم تصنيعها الفاصل من خلال طريقة PMIA غير المنسوجة، مثل طريقة الغزل الكهربائي، ولكن بسبب المشاكل الخاصة الفاصل غير المنسوجة، مثل حجم المسام أكبر سيؤدي إلى التفريغ الذاتي، وبالتالي تؤثر على السلامة والأداء من الخلية الكهروكيميائية، في إلى حد ما ، يكون تطبيق الأغشية غير المنسوجة محدودًا ، كما أن طريقة انقلاب الطور لها آفاق تجارية بسبب تنوعها وقدرتها على التحكم.
SEM وتوزيع حجم المسام من PMIA الحجاب الحاجز
فريق جامعة تشجيانغ تشو الكنز (2016) من خلال عملية انقلاب مرحلة لإنتاج فاصل PMIA تشبه الاسفنج، وتوزيع حجم المسام مركزي هو مبين، 90٪ من قطر الثقب في ميكرون وقوة الشد الروافد العليا 10. 3Mpa.
طريقة PMIA المرحلة انعكاس غشاء أنتج وجود استقرار حراري ممتاز في درجات حرارة تصل إلى 400 درجة.] C لا يوجد حتى الآن خسائر كبيرة في نوعية، لا فاصل انكماش ل1H في 160 ℃.
يرجع أيضا إلى مجموعات وظيفية القطبية بشدة بحيث زاوية الاتصال من PMIA غشاء صغير، فقط 11. 3 درجات، وهيكل الإسفنج بحيث pipetting لالسريع، وتحسين بلل الفاصل، على ان يكون وقت تفعيل البطارية يتم تخفيض، ومستقرة تداولها لفترة طويلة تحسن.
وعلاوة على ذلك منذ بنية مسامية من هيكل الإسفنج غشاء PMIA الداخلي في التواصل مع بعضها البعض، والتي أيونات الليثيوم نقل دون عائق، وبالتالي إنتاج انعكاس المرحلة من الموصلية الأيونية غشاء تصل إلى أسلوب 1. 51mS˙cm-1.
Polyparaphenylene benzobisoxazole
جديد البوليمر PBO (polyparaphenylene benzobisoxazole) هو وجود خصائص ميكانيكية ممتازة والاستقرار الحرارية، وتثبيط اللهب الألياف العضوية التي البوليمر المصفوفة هو بنية سلسلة خطية، ما يلي في 650 ℃ لا تتحلل ، لديها قوة عالية جدا ومعامل ، مثالية للحرارة ومقاومة مواد الألياف.
سطح الألياف PBO بسبب سلس للغاية، الفيزيائية الخاملة للغاية، وبالتالي أكثر صعوبة في تغيير الألياف التشكل. الألياف الذائبة PBO فقط في 100٪ حمض تتركز الكبريتيك، وحمض methanesulfonic، حمض fluorosulfonic وما شابه ذلك، وبعد حامض النقش الألياف PBO وعلى الألياف خلع من الجذع، والأسلاك شبه تشكيل التشكل، مساحة محددة، وتحسين قوة السندات بينية.
(أ) ألياف بى بى بى ؛ (ب) هياكل الأغشية ذات الألياف النانوية
بعد تشكيل ألياف نانوية تم حله هاو شياو مينغ وآخرون (2016) مع حمض الألياف PBO حمض methanesulfonic المختلط وحمض trifluoroacetic، من خلال المرحلة انعكاس غشاء PBO نانوية مسامية، مورفولوجيا الألياف كما FIG إعداد.
قوة في نهاية المطاف من الحجاب الحاجز تصل إلى 525 ميجا باسكال، معامل يونج (أ) من 20 برنامج العمل العالمي، والاستقرار الحراري تصل إلى 600 ℃، وزاوية الاتصال من فاصل 20 درجة، وأقل من 45 درجة Celgard2400 زاوية الاتصال من الفاصل، كان الموصلية الأيونية 2. 3 × 10-4S · سم -1، أداء أفضل من الغشاء التجاري Celgard 2400 تحت دورة 0. 1C.
منذ يعملون عملية التصنيع الألياف أكثر صعوبة PBO، الإنتاج العالمي من الألياف PBO الشركات القليلة ممتازة، وأحادية بطريقة لإنتاج حمض الألياف العلاج PBO المطلوب هو صعوبة بسبب الفاصل بطارية ليثيوم تطبيقها في هذا المجال.
استخدم فريق YoungMooLee من جامعة Hanyang (2016) الجسيمات النانوية TRI (hydroxypolyimide) لتحضير أغشية TR-PBO المركبة من ألياف النانو عن طريق إعادة الترتيب الحراري ، بالإضافة إلى قوة عالية ومقاومة عالية للحرارة من مادة PBO نفسها ، فاصل بالإضافة إلى ذلك ، يكون توزيع حجم المسام أكثر تركيزًا ، ويكون حجم المسام أصغر ، ولا يلزم إعداده تحت ظروف قوية من الأحماض والقلويات.
