ในฐานะที่เป็นวัสดุหลักสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมตัวแยกแบตเตอรี่ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคอิเล็กทรอนิกส์เพื่อป้องกันไม่ให้สัมผัสโดยตรงระหว่างขั้วบวกและขั้วลบซึ่งทำให้ลิเทียมไอออนสามารถไหลผ่านได้อย่างอิสระในอิเล็กโทรไลต์ในเวลาเดียวกันตัวคั่นนี้มีบทบาทสำคัญในการดูแลให้แบตเตอรี่ทำงานได้อย่างปลอดภัย .
จีนอุตสาหกรรมแยกแบตเตอรี่ลิเธียมอยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาอย่างรวดเร็วไดอะแฟรมเปียกได้ค่อยๆกลายเป็นเส้นทางหลักทางเทคนิค แต่ในขณะเดียวกันระดับเทคนิคโดยรวมของไดอะแฟรมในประเทศและระดับเทคโนโลยีระดับนานาชาติครั้งแรกสายยังคงเป็นช่องว่างขนาดใหญ่
ในด้านการพัฒนาเทคโนโลยีไดอะแฟรม polyolefin แบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการในปัจจุบันของแบตเตอรี่ลิเธียมความพรุนสูงความต้านทานความร้อนสูงจุดหลอมเหลวสูงความแข็งแรงสูงเปียกดีที่อิเล็กโทรไลเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคตของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
ลิเธียมเป็นวัสดุสำคัญคั่นที่มีบทบาทของการแยกอิเล็กทรอนิกส์เพื่อป้องกันการสัมผัสโดยตรงกับบวกและลบเพื่อให้ทางฟรีของลิเธียมไอออนในอิเล็กโทรไลในขณะที่ทำงานที่ปลอดภัยของตัวคั่นสำหรับการป้องกันแบตเตอรี่ยังมีบทบาทสำคัญ
ในกรณีพิเศษเช่นการเกิดอุบัติเหตุการเจาะและการละเมิดอื่น ๆ ของแบตเตอรี่คั่นอยู่ในท้องถิ่นได้รับความเสียหายที่เกิดจากการสัมผัสโดยตรงกับขั้วไฟฟ้าบวกและลบที่เกิดขึ้นก่อให้เกิดปฏิกิริยาอย่างรุนแรงส่งผลให้เซลล์ในการระเบิดไฟของแบตเตอรี่
ดังนั้นเพื่อปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานที่ปลอดภัยของแบตเตอรี่คั่นต้องตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้:
ความมั่นคง 1. สารเคมี: ไม่ได้อยู่กับอิเล็กโทรไลวัสดุอิเล็กโทรดทำปฏิกิริยา
2. เปียก: การแทรกซึมของอิเล็กโทรไม่ยืดอย่างง่ายดายไม่มีการหดตัว
3. เสถียรภาพทางความร้อน: ทนต่ออุณหภูมิสูงด้วยการแยกฟิวส์สูง
4 ความแข็งแรงของเครื่องกล: ความต้านทานแรงดึงที่ดีเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงและความกว้างของม้วนอัตโนมัติ
5. ความพรุน: ความพรุนสูงขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของการนำไอออน
ปัจจุบันตัวคั่นแบตเตอรีลิเธียมที่มีจำหน่ายในท้องตลาดเป็นตัวคั่นด้วยโพลีเอไมลอยด์ microporous โดยใช้โพลิเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพิลีน (PP) ตัวคั่นเหล่านี้มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและมีต้นทุนที่ต่ำ เสถียรภาพทางเคมีและเสถียรภาพทางเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียม
อย่างไรก็ตามเนื่องจากพื้นผิว lyophobic และพลังงานพื้นผิวต่ำของวัสดุโพลีโอเลฟินนั้นการซึมผ่านของตัวคั่นไปยังอิเลคโตรไลท์นั้นไม่ดีซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่
นอกจากนี้ตั้งแต่อุณหภูมิความร้อนบิดเบือนเป็น PE ค่อนข้างต่ำและ PP (PE อุณหภูมิเปลี่ยนรูปความร้อน 80 ~ 85 ℃, PP 100 องศา.] C) การหดตัวทางความร้อนของตัวคั่นเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิรุนแรงสูงเกินไปและดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับชนิดของไดอะแฟรมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงนี้ ภายใต้การใช้เมมเบรน polyolefin แบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการในปัจจุบันของผลิตภัณฑ์ 3C และแบตเตอรี่
ความต้องการในการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนักวิจัยบนพื้นฐานของเมมเบรน polyolefin แบบดั้งเดิมในการพัฒนารูปแบบใหม่ของวัสดุคั่นแบตเตอรี่ลิเธียม
เมมเบรนเส้นใยทอโดยกระบวนการของการนอนวูฟเวนกำกับหรือการจัดเรียงแบบสุ่มในรูปแบบโครงสร้างเว็บและจากนั้นได้รับการเสริมด้วยสารเคมีหรือวิธีการสะสมทางกายภาพก็มีการซึมผ่านของอากาศที่ดีและการดูดซึมของของเหลว
วัสดุธรรมชาติและวัสดุสังเคราะห์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดทำผ้าไม่ทอวัสดุธรรมชาติประกอบด้วยเซลลูโลสและอนุพันธ์ส่วนใหญ่วัสดุสังเคราะห์ ได้แก่ polyethylene terephthalate (PET) polyvinylidene fluoride (PVDF) และโพลี Vinylidene-hexafluoropropylene (PVDF-HFP), โพลีเอไมด์ (PA), polyimide (PI), อะรามิด (เมธาอะรามิด, PMIA, para-aramid PPTA) ฯลฯ
โพลีเอทิลีน terephthalate
Polyethylene terephthalate (PET) เป็นวัสดุที่มีสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมสมบัติทางอุณหพลศาสตร์และคุณสมบัติทางไฟฟ้าฉนวนผลิตภัณฑ์ที่เป็นตัวแทนของตัวคาย PET ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับตัวคั่น PET ซึ่งพัฒนาขึ้นโดย Degussa ประเทศเยอรมนี ฟิล์มคอมโพสิตเคลือบอนุภาคซึ่งแสดงถึงความต้านทานความร้อนที่ดีเยี่ยมโดยมีอุณหภูมิของเซลล์ปิดถึง 220 องศาเซลเซียส
ตัวคาย PET ก่อนการประจุและการคลาย (a) หลังจาก (b) ภาพ SEM
Xiangtan มหาวิทยาลัย Xiaoqi Zhen et al. (2012) ที่จัดทำโดยอิเลคเมมเบรนเส้นใยนาโน PET, การสร้างเส้นใยนาโนสามมิติเมมเบรนที่มีรูพรุนมีโครงสร้างเครือข่ายเช่น (ข) ในรูปที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเส้นใยเฉลี่ยของ 300 นาโนเมตรและมีพื้นผิวเรียบ
ไฟฟ้าสถิต PET จะสูงกว่าจุดหลอมละลายของตัวคั่นฟิล์ม PE, 255 องศาได้.] C, แรงดึงสูงสุด 12mpa เป็นรูพรุน 89%, อัตราการดูดซับของ 500% สูงกว่าเยื่อ Celgard ในตลาดการนำไอออนถึง 2 . 27 × 10-3Scm -1และวงจรกว่าเยื่อ Celgard ที่ยอดเยี่ยมในการทำงานวงจรแบตเตอรี่หลังจากการแยกแหวน PET 50 ยังคงมีเสถียรภาพโครงสร้างเส้นใยที่มีรูพรุนเช่น (ก) ในรูป
ธ เธเธฃ
polyimide (PI) นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในโพลีเมอประสิทธิภาพการทำงานโดยรวมที่ดีมีเสถียรภาพที่ดีเยี่ยมความร้อนความพรุนสูงและประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง, ใช้งานระยะยาวที่ -200 ~ 300 ℃
แม้ว et al. (2013) การใช้วิธีการปั่นไฟฟ้าสถิตสำหรับการผลิตเยื่อ PI เส้นใยนาโนอุณหภูมิการสลายตัวของตัวคั่น 500 ℃, Celgard คั่น 200 สูงกว่าองศาธรรมดา.] C ดังแสดงด้านล่างไม่ได้เกิดขึ้นริ้วรอยและการหดตัวของความร้อนที่ 150 องศา.] เงื่อนไข C อุณหภูมิสูง
การจัดแสดงนิทรรศการที่สองตั้งแต่ PI ขั้วอย่างยิ่งเปียกที่ดีสำหรับอิเล็กโทรไล, คั่นผลิตที่ดีเยี่ยมของเหลวดูดซับอัตรา. เมมเบรนไฟฟ้าสถิต PI เมื่อเทียบกับคั่น Celgard ผลิตที่มีความต้านทานสูงและต่ำ ความสามารถในอัตรา 0. 2C ปล่อยอัตราการรักษากำลังการผลิตหลังจากที่ 100 รอบก็ยังคง 100%
(A) Celgard, PI40μmก่อน (A, B, C) การประมวลผลคั่น 150 ℃หลังจาก100μm (D, E, F) หดตัวร้อน (ข) การทดสอบอัตราส่วน
Meta อะรามิด
PMIA เป็นโพลีเอไมด์อะโรมาติกที่มีสาขาประเภท metabenzamide บนโครงกระดูกและมีความต้านทานความร้อนสูงถึง 400 องศาเซลเซียสเนื่องจากสารหน่วงไฟสูงจึงทำให้ตัวคั่นด้วยวัสดุนี้สามารถปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ได้
นอกจากนี้เนื่องจากขั้วบวกของกลุ่มคาร์บอนิลค่อนข้างสูงตัวคั่นมีความสามารถในการเจือได้สูงขึ้นในอิเล็กโทรไลต์ซึ่งจะช่วยปรับปรุงสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของตัวคั่น
โดยทั่วไปแบ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยวิธีการ PMIA ไม่ทอเช่นวิธีการปั่นไฟฟ้าสถิต แต่เนื่องจากปัญหาของตัวเองแยกไม่ทอเช่นขนาดของรูพรุนขนาดใหญ่จะนำไปสู่การปลดปล่อยตัวเองและทำให้ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์ไฟฟ้าเคมีใน จำกัด การประยุกต์ใช้คั่นไม่ทอในระดับหนึ่งที่ขั้นตอนวิธีการผกผันตั้งแต่เก่งกาจและควบคุมมันรวมถึงโอกาสในเชิงพาณิชย์
PMIA กระจายเมมเบรนขนาดรูขุมขนและตัดภาพ SEM ในมะเดื่อ
ทีมสมบัติมหาวิทยาลัยเจ้อเจียงจู้ (2016) โดยกระบวนการผกผันขั้นตอนในการผลิตฟองน้ำเหมือนคั่น PMIA ดังที่แสดงการกระจายขนาดรูขุมขนส่วนกลาง 90% ของเส้นผ่านศูนย์กลางของรูในไมครอนและความต้านทานแรงดึงสูงถึง 10 3Mpa
วิธี PMIA ของเมมเบรนผกผันขั้นตอนการผลิตที่มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมในอุณหภูมิสูงถึง 400 องศา.] C ยังคงไม่มีการสูญเสียที่สำคัญของคุณภาพไม่หดตัวคั่นสำหรับ 1h ที่ 160 ℃
นอกจากนี้เนื่องจากการทำงานเป็นกลุ่มขั้วอย่างรุนแรงดังกล่าวที่มุมสัมผัสของ PMIA เมมเบรนขนาดเล็กเพียง 11 3 °และโครงสร้างฟองน้ำดังกล่าวว่าปิเปตอย่างรวดเร็วปรับปรุงเปียกคั่นเช่นว่าเวลาการเปิดใช้งานของแบตเตอรี่จะลดลงมีเสถียรภาพยาวการไหลเวียน การปรับปรุงทางเพศ
นอกจากนี้ตั้งแต่โครงสร้างรูพรุนของโครงสร้างฟองน้ำเมมเบรน PMIA ด้านในการสื่อสารกับแต่ละอื่น ๆ ซึ่งในลิเธียมไอออนโอนกีดขวางจึงผลิตผกผันขั้นตอนของเมมเบรนการนำไอออนิกสูงที่สุดเท่าที่วิธีที่ 1 51mS˙cm-1.
Polyparaphenylene benzobisazole
พอลิเมอใหม่ PBO (polyparaphenylene benzobisoxazole) จะมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมเสถียรภาพทางความร้อนเปลวไฟ retardancy เส้นใยอินทรีย์ซึ่งพอลิเมอเมทริกซ์เป็นโครงสร้างห่วงโซ่เส้นต่อไปนี้ใน 650 ℃ มันไม่ได้ย่อยสลายที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสและเป็นวัสดุเส้นใยทนความร้อนเหมาะช็อต
ผิวของเส้นใย PBO เนื่องจากการที่เรียบมากทางเคมีกายภาพเฉื่อยมากและดังนั้นจึงยากมากที่จะเปลี่ยนใยสัณฐาน. PBO เส้นใยละลายเฉพาะใน 100% กรดซัลฟูริกเข้มข้นกรด methanesulfonic กรด fluorosulfonic และชอบหลังจากเส้นใย PBO กรดแกะสลัก จะเกี่ยวกับซ่านปอกเปลือกออกจากลำต้นย่อยลวดขึ้นรูปสัณฐานพื้นที่ผิวที่เฉพาะเจาะจงและเพิ่มความแข็งแรงของพันธบัตร interfacial
(A) ซ่าน PBO (ข) โครงสร้างเมมเบรน PBO เส้นใยนาโน
หลังจากการขึ้นรูปเส้นใยนาโน Hao Xiaoming et al. (2016) ถูกละลายด้วยกรดผสม PBO ซ่านกรด methanesulfonic และกรด TRIFLUOROACETIC จัดทำโดยเฟสเมมเบรน nanoporous ผกผัน PBO, สัณฐานเป็นใยมะเดื่อ
ความแข็งแรงที่ดีที่สุดของไดอะแฟรมถึง 525 เมกะปาสคาลโมดูลัสของหนุ่มสาว 20 GPa ทนความร้อนได้ถึง 600 ℃, มุมสัมผัสของตัวคั่น 20 °น้อยกว่า 45 ° Celgard2400 มุมสัมผัสของคั่นการนำไอออนิกเป็น 2 3 × 10-4S ·ซม. -1มีประสิทธิภาพดีกว่าไดอะแฟรม Celgard 2400 ในเชิงพาณิชย์ภายใต้วงจร 0. 1C
ตั้งแต่กระบวนการผลิตซ่านยากขึ้น PBO การผลิตทั่วโลกของเส้นใย PBO เพียงไม่กี่ บริษัท ที่ยอดเยี่ยมและโมโนเมอร์ที่มีการจ้างงานในลักษณะการผลิตเส้นใยรักษา PBO กรดที่จำเป็นต้องเป็นเรื่องยากเพราะคั่นแบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ในสนาม
มหาวิทยาลัยฮันยาง YoungMooLee ทีม (2016) กับ HPI คือ (ไฮดรอกซี ธ เธเธฃ) TR-PBO นาโนนาโนไฟเบอร์คอมโพสิตอนุภาคเมมเบรนที่จัดทำโดยลักษณะสายใยความร้อนยกเว้นว่าเมมเบรนรวมถึงวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงตัวเอง PBO ทนต่อความร้อนสูง ข้อได้เปรียบการกระจายศูนย์มากขึ้นขนาดของรูพรุนขนาดเล็กขนาดรูขุมขนและไม่จำเป็นต้องจัดทำภายใต้เงื่อนไขของกรดและด่าง
