De litio como material de clave, un separador de batería que desempeña el papel de un aislamiento electrónico, para evitar el contacto directo con positivo y negativo, para permitir el paso libre de iones de litio en el electrolito, mientras que la operación segura del separador para la protección de la batería también juegan un papel crítico .
Nuestra industria separador de baterías de litio se encuentra en una etapa de rápido desarrollo, se ha convertido en la corriente principal de la ruta tecnología de membrana húmeda, pero el nivel general de la tecnología y el nivel técnico de primera línea internacional existe una gran brecha entre la división interna.
Desarrollo en la técnica, el separador de poliolefina convencionales han sido incapaces de satisfacer la demanda actual de baterías de litio, de alta porosidad, alta resistencia al calor, alto punto de fusión, de alta resistencia, buena humectabilidad con el electrolito sea el futuro desarrollo de las baterías de iones de litio.
Como material clave de las baterías de litio, el separador desempeña un papel de aislamiento electrónico, evitando el contacto directo entre los electrodos positivo y negativo, permitiendo que los iones de litio pasen libremente en el electrolito. Al mismo tiempo, el separador desempeña un papel vital para garantizar el funcionamiento seguro de la batería.
En casos especiales, como accidentes, pinchazos, abuso de batería, etc., se puede producir un daño parcial del diafragma, lo que ocasionaría un contacto directo entre los electrodos positivo y negativo, lo que provocaría una reacción grave de la batería y la batería explotaría.
Por lo tanto, para mejorar la seguridad de la batería de iones de litio y garantizar el funcionamiento seguro y sin problemas de la batería, el diafragma debe cumplir las siguientes condiciones:
1. Estabilidad química: no reacciona con electrolitos, materiales de electrodo
2. Humectación: es fácil de infiltrar con electrolito y no se estira, no se contrae
3. Estabilidad térmica: soportar altas temperaturas, con alto aislamiento de fusibles
4. Fuerza mecánica: buena resistencia a la tracción para garantizar la resistencia y el ancho del devanado automático
5. Porosidad: mayor porosidad para satisfacer las necesidades de conducción iónica
Actualmente, los separadores de baterías de litio disponibles comercialmente son principalmente separadores de poliolefinas microporosas basados en polietileno (PE) y polipropileno (PP). Estos separadores son excelentes en propiedades mecánicas y excelentes en términos de bajo costo. La estabilidad química y la estabilidad electroquímica se usan ampliamente en separadores de baterías de litio.
Sin embargo, debido a la superficie liófoba y la baja energía superficial del propio material de poliolefina, la permeabilidad del separador al electrolito es pobre, lo que afecta la vida útil de la batería.
Además, puesto que la temperatura de distorsión térmica es relativamente baja PE y PP (PE temperatura de deformación térmica de 80 ~ 85 ℃, PP de 100 °.] C), la contracción térmica del separador se produce cuando la temperatura severa es demasiado alta, y por lo tanto no es adecuado para este tipo de diafragma en un ambiente de alta temperatura en condiciones de uso, la membrana de poliolefina tradicional no puede satisfacer las necesidades actuales de los productos 3C y energía de la batería.
La demanda de litio-ion desarrollo de la tecnología de la batería, los investigadores basada en la membrana de poliolefina tradicional en el desarrollo de nuevos tipos de materiales separadores de baterías de litio.
La membrana de fibra no tejida por un proceso de no tejido dirigido o disposición al azar para formar una estructura web y luego ser reforzada por método de deposición química o física, que tiene una buena permeabilidad al aire y la absorción de líquido.
Los materiales naturales y sintéticos han sido ampliamente utilizados en la preparación de películas no tejidas, materiales naturales incluyen celulosa y sus derivados, materiales sintéticos incluyen tereftalato de polietileno (PET), fluoruro de polivinilideno (PVDF), poli fluoruro de vinilideno - hexafluoropropileno (PVDF-HFP), poliamida (PA), poliimida (PI), aramida (meta-aramida, PMIA; PPTA PPTA) y similares.
Tereftalato de polietileno
El tereftalato de polietileno (PET) es una propiedades mecánicas, propiedades térmicas, propiedades de aislamiento eléctrico son materiales excelentes. separador a base de PET es los productos más representativos desarrollados por la compañía alemana Degussa en el separador PET es un sustrato, una cerámica Película compuesta recubierta de partículas, que exhibe una excelente resistencia al calor, con una temperatura de celda cerrada de hasta 220ºC.
Separador de PET antes del ciclo de carga y descarga (a) después de (b) imagen SEM
Xiangtan Universidad Xiaoqi Zhen et al. (2012) preparado por electrohilado membrana de nanofibras PET, para crear una membrana porosa de nanofibras tridimensional que tiene una estructura de red, tal como (b) en la figura diámetro de fibra promedio de 300 nm, y una superficie lisa.
Electrohilado PET es mucho mayor que el punto del separador de película de PE, de 255 ° de fusión.] C, un máximo resistencia a la tracción 12Mpa, una porosidad de 89%, la tasa de absorción del 500%, mucho más alta que la membrana Celgard en el mercado, la conductividad de iones alcanza 2 .27 × 10-3Scm -1Y el ciclo de la membrana Celgard excelente en el rendimiento, ciclo de la batería después de anillo separador de PET 50 permanece estructura fibrosa porosa estable, tal como (a) en la figura.
Poliimida
Poliimida (PI) es también uno de los buenos polímeros de rendimiento general, que tiene una excelente estabilidad térmica, alta porosidad, y buen rendimiento a alta temperatura, el uso a largo plazo a -200 ~ 300 ℃.
Miao et al. (2013) utilizando un método de hilatura electrostática para producir una membrana PI de nanofibras, la temperatura de degradación del separador 500 ℃, Celgard separador 200 es mayor que deg convencional.] C, como se muestra a continuación, no se produce el envejecimiento y el calor de contracción a 150 ° C.] Condiciones de alta temperatura C.
exposiciones En segundo lugar, ya que el PI fuertemente polar, buena humectabilidad para el electrólito, un separador produce excelente tasa de absorción de líquido. membrana Electrohilado PI en comparación con el separador Celgard producido que tiene una alta y baja impedancia Tasa de rendimiento, 0. 2C de carga y descarga después de 100 vueltas, la tasa de retención de capacidad sigue siendo del 100%.
(a) Celgard, PI 40 μm, 100 μm de diafragma 150 ° C antes del tratamiento (a, b, c) después de (d, e, f) contracción térmica; (b) prueba de aumento
Meta-aramida
PMIA es una poliamida aromática con una rama de tipo metabenzamida en su esqueleto y una resistencia térmica de hasta 400 ° C. Debido a su alta retardancia de la llama, el separador que utiliza este material puede mejorar la seguridad de la batería.
Además, debido a la polaridad relativamente alta del grupo carbonilo, el separador tiene una mayor humectabilidad en el electrolito, mejorando de ese modo las propiedades electroquímicas del separador.
En general, el separador es fabricado por el método de PMIA no tejido, tal como un método de hilado electrostático, pero debido a los problemas propios de separación no tejidas, tales como el tamaño de poro más grande dará lugar a la auto-descarga, y por lo tanto afectar a la seguridad y el rendimiento de la célula electroquímica, en limita la aplicación de separador no tejido, en cierta medida, el método de inversión de fase desde su versatilidad y capacidad de control, incluye perspectivas comerciales.
imagen SEM de la sección transversal PMIA distribución de tamaño de poro de la membrana y en la fig.
Zhejiang Universidad Zhu Equipo tesoro (2016) por un proceso de inversión de fase para producir un PMIA separador de tipo esponja, como la distribución de tamaño de poro centralizado se muestra, el 90% del diámetro de poros en micras y una resistencia a la tracción partes más altas 10. 3 MPa.
método PMIA de membrana de inversión de fase producido que tiene una excelente estabilidad térmica a temperaturas de hasta 400 °.] C todavía no hay pérdida significativa de la calidad, no separador de contracción durante 1 hora a 160 ℃.
También debido a los grupos funcionales fuertemente polares tales que el ángulo de contacto de la PMIA membrana pequeños, solamente 11. 3 °, y la estructura de esponja tal que el rápido de pipeteado, la mejora de la humectabilidad del separador, de manera que el tiempo de activación de la batería se reduce, el estable a largo circulante Mejora sexual
Además, puesto que la estructura porosa de la estructura de esponja PMIA membrana interna en comunicación entre sí, en el que los iones de litio transfieren sin obstrucciones, lo que produce una inversión de fase de la conductividad iónica de la membrana tan alto como el método 1. 51mS˙cm-1.
Polyparaphenylene benzobisazole
New PBO polímero (benzobisoxazol poliparafenileno) es que tiene excelentes propiedades mecánicas, estabilidad térmica, fibras orgánicas de retardo de llama que polímero de matriz es una estructura de cadena lineal, lo siguiente en 650 ℃ no se descompone, con alta resistencia y módulo, y es un material ideal de fibras resistente a choque térmico.
superficie de la fibra PBO debido a la extremadamente suave, fisicoquímicas extremadamente inerte, y por lo tanto más difícil cambiar fibra morfología. fibra de PBO solamente disuelto en 100% de ácido sulfúrico concentrado, ácido metanosulfónico, ácido fluorosulfónico y similares, después de fibra de PBO grabado ácido será en fibrillas peladas fuera del tronco, la sub-alambre que forma la morfología, la superficie específica y mejorar la resistencia de la unión interfacial.
(A) las fibrillas de PBO; (b) estructuras de la membrana de nanofibras PBO
Después de formar la nanofibra Hao Xiaoming et al. (2016) se disolvió con un fibrillas PBO ácido ácido metanosulfónico mixto y ácido trifluoroacético, preparado por inversión de fase de membrana PBO nanoporoso, la morfología de la fibra como la figura.
resistencia a la rotura de la membrana hasta 525 MPa, el módulo de 20 GPa de Young, la estabilidad térmica de hasta 600 ℃, el ángulo de contacto del separador 20 °, a menos de 45 ° Celgard2400 ángulo de contacto del separador, la conductividad iónica fue 2. 3 × 10-4S · cm -1, se comporta mejor que el diafragma comercial Celgard 2400 en el ciclo 0. 1C.
Dado que el proceso de fabricación de fibrillas más difíciles PBO, la producción mundial de fibra de PBO excelentes pocas empresas, y los monómeros se emplean en una manera para producir la fibra PBO tratamiento ácido requerido es difícil porque el separador de batería de litio aplica en el campo.
Universidad Hanyang YoungMooLee del equipo (2016) con el HPI es (hidroxi poliimida) TR-PBO Nano partículas de membrana de material compuesto nano-fibra preparados por manera transposición térmica, excepto que la membrana incluye un material que tiene una alta resistencia en sí PBO, alta resistencia al calor Además, la distribución del tamaño de poro es más concentrada, el tamaño de poro es más pequeño y no es necesario prepararlo en condiciones de ácidos fuertes y álcalis.
