Litio come materiale chiave, un separatore di batteria che svolge il ruolo di un isolamento elettronico, per evitare il contatto diretto con positivo e negativo, per consentire il libero passaggio di ioni litio nell'elettrolita, mentre il funzionamento sicuro del separatore per proteggere la batteria anche svolgere un ruolo critico .
La nostra industria separatore di batteria al litio è in una fase di rapido sviluppo, è diventata la corrente principale del percorso tecnologia a membrana umida, ma il livello globale della tecnologia e livello tecnico prima linea internazionale c'è un grande divario tra divide domestico.
Sviluppo nella tecnica, separatore poliolefina convenzionale sono stati in grado di soddisfare la domanda attuale di batterie al litio, elevata porosità, elevata resistenza al calore, ad alto punto di fusione, ad alta resistenza, buona bagnabilità con l'elettrolita sia lo sviluppo futuro delle batterie agli ioni di litio.
Come materiale chiave delle batterie al litio, il separatore svolge un ruolo di isolamento elettronico, impedendo il contatto diretto tra gli elettrodi positivi e negativi, consentendo agli ioni di litio di passare liberamente nell'elettrolito e, allo stesso tempo, svolge un ruolo fondamentale nel garantire il funzionamento sicuro della batteria.
In casi particolari, come incidenti, forature, abuso di batteria, ecc., Si può verificare un danno parziale del diaframma, con conseguente contatto diretto tra gli elettrodi positivo e negativo, causando una grave reazione della batteria che fa esplodere la batteria.
Pertanto, al fine di migliorare la sicurezza della batteria agli ioni di litio e garantire il funzionamento sicuro e regolare della batteria, il diaframma deve soddisfare le seguenti condizioni:
1. Stabilità chimica: non reagisce con elettroliti, materiali degli elettrodi
2. Bagnatura: è facile infiltrarsi con l'elettrolita e non si allunga, non si restringe
3. Stabilità termica: resistenza alle alte temperature, con alto isolamento del fusibile
4. Resistenza meccanica: buona resistenza alla trazione per garantire la resistenza e la larghezza dell'avvolgimento automatico
5. Porosità: maggiore porosità per soddisfare le esigenze di conduzione ionica
Attualmente, i separatori di batterie al litio disponibili in commercio sono principalmente separatori di poliolefine microporose a base di polietilene (PE) e polipropilene (PP). Questi separatori sono eccellenti nelle proprietà meccaniche ed eccellenti in termini di costi contenuti. La stabilità chimica e la stabilità elettrochimica sono ampiamente utilizzate nei separatori a batteria al litio.
Tuttavia, a causa della superficie liofoba e della bassa energia superficiale del materiale poliolefinico stesso, la permeabilità del separatore all'elettrolita è scarsa, il che influisce sulla durata del ciclo della batteria.
Inoltre, poiché la temperatura di deformazione termica è relativamente bassa PE e PP (temperatura di deformazione termica PE di 80 ~ 85 ℃, PP di 100 °.] C), contrazione termica del separatore si verifica quando la temperatura grave è troppo alta, e quindi non adatto per questo tipo di membrana in un ambiente ad alta temperatura in condizioni di utilizzo, la membrana poliolefinica tradizionale non può soddisfare le esigenze odierne di prodotti 3C e la batteria di alimentazione.
La domanda di litio-ione lo sviluppo della tecnologia della batteria, i ricercatori sulla base del tradizionale membrana poliolefinica sullo sviluppo di nuovi tipi di materiali di separazione batteria al litio.
La membrana a fibra non tessuta da un processo di materiali non tessuti diretti o disposizione casuale per formare una struttura di tessuto e poi essere amplificata dal metodo di deposizione chimica o fisica, ha una buona permeabilità all'aria e assorbimento di liquido.
I materiali naturali e i materiali sintetici sono stati ampiamente utilizzati nella preparazione di tessuti non tessuti, i materiali naturali includono principalmente la cellulosa ei suoi derivati.Materiali sintetici comprendono polietilene tereftalato (PET), polivinilidene fluoruro (PVDF) e poli Vinilidene-esafluoropropilene (PVDF-HFP), poliammide (PA), poliimmide (PI), aramide (meta- aramide, PMIA, para-aramide PPTA), ecc.
Polietilene tereftalato
Il polietilentereftalato (PET) è un materiale con eccellenti proprietà meccaniche, proprietà termodinamiche e proprietà di isolamento elettrico.Il prodotto più rappresentativo dei separatori di PET è basato sul separatore di PET sviluppato da Degussa, Germania. Film composito rivestito di particelle, che presenta un'eccellente resistenza al calore, con una temperatura a cella chiusa fino a 220 ° C.
Separatore di PET prima del ciclo di carica e scarica (a) dopo (b) immagine SEM
Xiangtan Università Xiaoqi Zhen et al. (2012) preparata da elettrofilatura membrana nanofibre PET, per creare un nanofibre membrana porosa tridimensionale avente una struttura a rete, come (b) nella figura diametro della fibra media di 300 nm, e una superficie liscia.
Elettrofilatura PET è molto superiore al punto del separatore pellicola in PE, di 255 gradi di fusione.] C, una massima resistenza alla trazione 12Mpa, una porosità del 89%, il tasso assorbente del 500%, molto superiore alla membrana Celgard sul mercato, la conduttività ionica raggiunge 2 . 27 × 10-3Scm -1E il ciclo di membrana Celgard eccellente nella prestazione, ciclo batteria dopo PET anello separatore 50 rimane stabile struttura fibrosa porosa, come (a) nella FIG.
poliimmide
Poliimmide (PI) è anche uno dei più polimeri prestazioni generali, avente eccellente stabilità termica, elevata porosità, e buone prestazioni ad alta temperatura, uso a lungo termine a -200 ~ 300 ℃.
Miao et al. (2013) utilizzando un metodo di filatura elettrostatico per produrre una PI membrana nanofibre, la temperatura di degradazione del separatore 500 ℃, Celgard separatore 200 è superiore ° convenzionale.] C, come illustrato di seguito, non si verifica invecchiamento e calore restringimento a 150 °.] Condizioni di alta temperatura C.
In secondo luogo, poiché il PI fortemente polare, buona bagnabilità per l'elettrolita, un separatore prodotta presenta ottima liquido assorbente tasso. Electrospinning PI membrana rispetto al separatore Celgard prodotto avente elevata e bassa impedenza capacità di rapporto, 0. 2C scarico tasso di ritenzione capacità dopo 100 cicli era ancora al 100%.
(A) Celgard, PI40μm, prima (a, b, c) elaborare il separatore 150 ℃ dopo 100 um (d, e, f) restringimento termico; (b) test del rapporto
Meta-aramidica
Il PMIA è una poliammide aromatica con un ramo di tipo metabenzamide sullo scheletro e una resistenza termica fino a 400 ° C. A causa della sua elevata resistenza alla fiamma, il separatore che utilizza questo materiale può migliorare la sicurezza della batteria.
Inoltre, a causa della polarità relativamente elevata del gruppo carbonile, il separatore ha una maggiore bagnabilità nell'elettrolita, migliorando così le proprietà elettrochimiche del separatore.
In generale, il separatore è prodotto con il metodo di PMIA non tessuto, ad esempio un metodo di filatura elettrostatico, ma a causa dei problemi non tessuti di separazione, come la dimensione dei pori maggiore porterà autoscarica, e quindi incide sulla sicurezza e le prestazioni della cella elettrochimica, in limita l'applicazione di separatore non tessuto in una certa misura, il metodo di inversione di fase dalla sua versatilità e controllabilità, include prospettive commerciali.
PMIA distribuzione delle dimensioni dei pori della membrana e l'immagine SEM in sezione trasversale in fig.
Zhejiang University Zhu tesoro squadra (2016) da un processo di inversione di fase per produrre un separatore PMIA spugnoso, la distribuzione delle dimensioni dei pori centralizzata mostrato, il 90% del diametro dei pori in micron e una resistenza a trazione raggiunge superiori 10. 3Mpa.
Metodo PMIA di membrana inversione di fase prodotta avente eccellente stabilità termica a temperature fino a 400 °.] C è ancora alcuna perdita significativa di qualità, senza separatore restringimento per 1h a 160 ℃.
Anche dovuta ai gruppi funzionali fortemente polari tale che l'angolo di contatto della PMIA membrana piccola, solo 11. 3 °, e la struttura della spugna tale che la rapida pipettamento, migliorata bagnabilità del separatore, in modo tale che il tempo di attivazione della batteria è ridotto, il stabile lungo circolante Miglioramento sessuale
Ulteriormente poiché la struttura porosa della struttura spugnosa interna PMIA membrana in comunicazione tra loro, in cui gli ioni di litio trasferiscono ostruita, producendo così un'inversione di fase della membrana conduttività ionica alto come metodo 1. 51mS˙cm-1.
Polyparaphenylene benzobisazole
Nuovo PBO polimero (poliparafenilene benzobisoxazole) è avente eccellenti proprietà meccaniche, stabilità termica, autoestinguenza fibre organiche che matrice polimerica è una struttura a catena lineare, seguenti a 650 ℃ Non si decompone, ha altissima resistenza e modulo, è ideale per materiali in fibra resistente al calore e agli impatti.
superficie della fibra di PBO a causa della estremamente liscia, fisico estremamente inerte, e quindi più difficile da cambiare fibra morfologia. fibra di PBO disciolto solamente in 100% di acido solforico concentrato, acido metansolfonico, acido fluorosolfonico e simili, dopo l'attacco acido fibra di PBO sarà su fibrille pelati fuori dal tronco, il sub-filo formante la morfologia, area superficiale specifica e migliorare la forza legame interfacciale.
(a) fibrille PBO; (b) strutture di membrana nanofibre PBO
Dopo aver formato il nanofibre Hao Xiaoming et al. (2016) è stato sciolto con un misto di acido fibrille PBO acido metansolfonico e acido trifluoroacetico, preparato da inversione di fase PBO nanoporosa membrana, la morfologia della fibra come FIG.
carico di rottura del diaframma fino a 525 MPa, un modulo di Young di 20 GPa, stabilità termica fino a 600 ℃, l'angolo di contatto del separatore 20 °, inferiore a 45 ° Celgard2400 angolo di contatto del separatore, la conducibilità ionica era 2. 3 × 10-4S · cm -1Rappresentazione in 0. 1C condizioni di ciclismo meglio del diaframma Celgard2400 commerciale.
Poiché il processo di fabbricazione fibrille più difficili PBO, produzione mondiale di fibre PBO eccellenti alcune aziende, ed i monomeri sono impiegati in modo da produrre la fibra di PBO trattamento acido richiesto è difficile perché il separatore di batteria al litio applica nel settore.
Hanyang YoungMooLee squadra (2016) con l'IPU è (idrossi poliimmide) TR-PBO Nano particelle membrana nano-compositi in fibra preparato con una metodologia riarrangiamento termico, eccetto che la membrana comprende un materiale avente una elevata resistenza stessa PBO, alta resistenza al calore ai vantaggi, distribuzione più centralizzata delle dimensioni dei pori, dimensione dei pori più piccoli, e non devono essere preparate in condizioni di acidi e alcali.
