Sudėtingoje ličio baterijų sistemoje separatorius, nors ir, atrodo, nepastebimas, vaidina lemiamą vaidmenį atliekant akumuliatoriaus veikimą. Suskirstę tarp katodo ir akumuliatoriaus anodo, pirminės separatoriaus funkcijos yra užkirsti kelią tiesioginiam katodo ir anodo kontaktui, kuris gali sukelti trumpąsias jungtis, tuo pačiu leidžiant ličio jonams laisvai praeiti įkraunant ir išleidžiant, kad būtų atliktas akumuliatoriaus veikimo ciklas. Separatoriaus našumo kokybė daro tiesioginę įtaką keliems pagrindiniams akumuliatoriaus našumo rodikliams, įskaitant energijos tankį, galios tankį, ciklo tarnavimo laiką ir saugumą. Šis straipsnis išsamiai išnagrinės ličio akumuliatorių separatorių našumą.
1. Akytumas ir porų dydis
Poringumas ir porų dydis yra svarbūs parametrai, vertinant separatoriaus veikimą. Poringumas reiškia separatoriaus mikroporų skaičių ar proporciją. Didesnis poringumas suteikia daugiau ličio jonų perdavimo kanalų, o tai skatina pagerinti akumuliatoriaus greičio galimybes, leidžiančias akumuliatoriui išlaikyti gerą našumą didelio srovės įkrovimo ir iškrovimo metu. Be to, didelis poringumas padeda sustiprinti elektrolitų drėgnumą ir jonų migracijos greitį, taip pagerinant bendrą akumuliatoriaus našumą.
Tačiau poringumas nėra didesnis, tuo geriau. Dėl per didelio poringumo gali sumažėti separatoriaus mechaninis stiprumas, todėl jis yra linkęs į krekingus akumuliatoriaus surinkimo ir naudojimo metu, todėl paveiks akumuliatoriaus saugumą ir aptarnavimo tarnavimo laiką. Todėl reikia maksimaliai padidinti poringumą užtikrinant mechaninį stiprumą.
Porų dydis panašiai daro didelę įtaką akumuliatoriaus našumui. Tinkamo dydžio poros gali užtikrinti sklandų ličio jonų praėjimą, tuo pačiu efektyviai blokuodamas katodo ir anodo dalelių praėjimą, užkirsdamas kelią trumpoms jungtims. Jei porų dydis yra per didelis, tai gali sukelti tiesioginį katodo anodo kontaktą, sukeldamas saugos problemas; Kita vertus, pernelyg mažos poros padidina ličio jonų transmisijos atsparumą, sumažindamas akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo efektyvumą. Be to, porų vienodumas taip pat yra labai svarbus, nes netolygūs porų dydžiai gali sukelti nevienodą srovės pasiskirstymą akumuliatoriuje, darant įtaką našumui ir gyvenimo trukmei.
2. Storis
Separatoriaus storis yra dar vienas svarbus veiksnys, turintis įtakos akumuliatoriaus veikimui. Plonesni separatoriai gali sumažinti akumuliatoriaus vidinį pasipriešinimą, padidinti ličio jonų perdavimo greitį, taip padidindami akumuliatoriaus energijos tankį ir galios tankį. Be to, ploni separatoriai prisideda prie akumuliatoriaus svorio ir tūrio mažinimo, pagerindami akumuliatoriaus lengvumą.
Tačiau pernelyg ploni separatoriai gali pakenkti jų mechaniniam stiprumui ir šiluminiam stabilumui. Esant išorinėms jėgoms ar temperatūros pokyčiams, ploni separatoriai yra linkę į krekingus ar deformacijas, todėl susiduria su vidiniais trumpaisiais junginiais ar šilumos bėgimo saugos problemomis. Todėl būtina sumažinti separatoriaus storią, užtikrinant mechaninį stiprumą ir šiluminį stabilumą.
3. Cheminis stabilumas
Veikiant akumuliatoriui, separatorius liečiasi su elektrolitais ir katodais\/anodo medžiagomis. Todėl separatorius turi turėti gerą cheminį stabilumą, galintį atsispirti elektrolitų erozijai ir chemiškai nereaguoti su katodu ar anodu. Priešingu atveju separatorius gali būti korozija arba suskaidyti, todėl sumažėja akumuliatoriaus našumas ar net gedimas.
Norėdami pagerinti separatoriaus cheminį stabilumą, paprastai taikomas paviršiaus modifikavimas ar dangos apdorojimas. Pavyzdžiui, poliolefino separatoriaus padengimas Be to, skiepijimo modifikavimo metodai gali būti naudojami, kad būtų galima įvesti hidrofilines ar hidrofobines grupes ant separatoriaus paviršiaus, pagerinant jo drėgnumą ar hidrofobiškumą elektrolitu.
4. Šilumos stabilumas
Separatorių šiluminis stabilumas daro didelę įtaką akumuliatoriaus saugos veikimui. Nenormaliomis sąlygomis, tokiomis kaip per didelis įkrovimas ar perkaitimas, separatorius turi išlaikyti struktūrinį vientisumą, kad išvengtų tolesnio katodo anodo kontakto ir užkirstų kelią šiluminiam bėgimui. Separatoriai, turintys gerą šiluminį stabilumą, gali greitai uždaryti poras aukštoje temperatūroje, nukirpdami jonų perdavimo kanalus, taip padidindami akumuliatoriaus saugumą.
Siekiant pagerinti separatoriaus šiluminį stabilumą, dažniausiai naudojami šie metodai: vienas yra paruošti separatorius nuo aukštos temperatūros atsparių medžiagų; Antrasis - į separatorių pridėti antipirenų ar neorganinių užpildų; Trečiasis yra naudoti procesus po gydymo, tokius kaip terminis apdorojimas ar radiacijos kryžminimas.
Pvz., Aukštos temperatūrai atsparios medžiagos, tokios kaip poliimidas (PI) ir poliarietherketonas (PEEK), gali išlaikyti struktūrinį vientisumą aukštesnėje temperatūroje, efektyviai užkirsdamas kelią vidinėms trumpoms grandinėms ekstremaliomis sąlygomis. Be to, keramikiškai dengti separatoriai gali išlaikyti konstrukcinį vientisumą aukštoje temperatūroje, veiksmingai užkirsdami kelią akumuliatoriaus šiluminiam bėgimui ir sprogimui.
5. Draugingumas
Separatoriaus drėgnumas reiškia elektrolito sugebėjimą sudrėkinti separatoriaus paviršių. Geras drėgnumas leidžia elektrolitui visiškai sudrėkinti separatorių, sumažinant ličio jonų transmisijos pasipriešinimą ir pagerinti akumuliatoriaus našumą. Drėgingumas taip pat turi įtakos akumuliatorių ciklo tarnavimo laikui ir saugai. Prastas separatoriaus drėgnumas gali užkirsti kelią elektrolitui visiškai sudrėkinti separatorių, o tai gali sukelti prastą vidinį jonų perdavimą, paveikdamas akumuliatoriaus įkrovimą ir išleidimo efektyvumą bei ciklo tarnavimo laiką. Be to, separatoriai, turintys blogą drėgnumą, gali sukelti lokalizuotą perkaitimą įkrovimo ir iškrovimo metu, padidindami akumuliatoriaus saugos riziką.
Siekiant pagerinti separatoriaus drėgnumą, dažniausiai naudojami šie metodai: vienas yra pasirinkti separatorius, turinčius didelį poringumą ir tinkamus porų dydžius; Antrasis yra atlikti hidrofilinį apdorojimą arba kaitės hidrofilinės medžiagos ant separatoriaus paviršiaus; Trečiasis yra optimizuoti elektrolitų formulę ir sudėtį. Pavyzdžiui, poliolefino separatoriaus padengimas su hidrofilinio polimero arba neorganinių oksido dalelių sluoksniu gali žymiai pagerinti jo drėgnumą su elektrolitu.
6. Mechaninis stiprumas
Separatoriaus mechaninis stipris reiškia jo sugebėjimą atlaikyti išorines jėgas, nesulaužant ar deformuoti. Akumuliatoriaus surinkimo ir naudojimo metu separatorius turi atlaikyti tempimą, gniuždomąją ir kitas išorines jėgas. Todėl separatorius turi turėti pakankamą mechaninį stiprumą, kad išliktų nepažeistas akumuliatoriaus naudojimo metu, išlaikydamas stabilų elektrodo tarpus.
Norėdami pagerinti separatoriaus mechaninį stiprumą, dažniausiai naudojami šie metodai: vienas yra paruošti separatorius nuo didelio stiprumo medžiagų; Antrasis yra pritaikyti po gydymo procesus, tokius kaip tempimas ar suspaudimas, separatoriui; Trečiasis yra į separatorių pridėti armatūrinius agentus ar neorganinius užpildus. Pavyzdžiui, daugiasluoksniai kompoziciniai separatoriai, sujungiantys skirtingų medžiagų ir savybių separatorius, gali žymiai padidinti mechaninį stiprumą, šiluminį stabilumą ir liepsnos sulėtėjimą. Be to, keramikiškai dengti separatoriai taip pat gali tam tikru mastu pagerinti separatoriaus mechaninį stiprumą.
7. Kitos savybės
Be minėtų savybių, ličio akumuliatorių separatoriai taip pat turi turėti ir kitų savybių, tokių kaip dujų pralaidumas ir elektrolitų sulaikymo talpa. Dujų pralaidumas reiškia separatoriaus galimybes leisti dujas. Įkraunant ir išmetant akumuliatorių, gaunamas tam tikras dujų kiekis. Jei separatoriaus dujų pralaidumas yra menkas, šios dujos gali kauptis akumuliatoriuje, padidindamos vidinį slėgį ir paveikti akumuliatoriaus saugumą ir aptarnavimo tarnavimo laiką. Todėl separatorius turi turėti tam tikrą dujų pralaidumo lygį, kad užtikrintų laiku išleidžiant dujas akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo metu.
Elektrolitų sulaikymo talpa reiškia separatoriaus sugebėjimą išlaikyti tam tikrą elektrolito kiekį akumuliatoriaus veikimo metu. Jei separatoriaus elektrolitų sulaikymo talpa yra prasta, elektrolitas gali nutekėti arba išgaruoti iš separatoriaus, todėl gali būti prastas vidinis jonų perdavimas, paveikdamas akumuliatoriaus įkrovimą ir iškrovimo efektyvumą bei ciklo tarnavimo laiką. Todėl separatorius turi turėti gerą elektrolitų sulaikymo pajėgumą, kad užtikrintų stabilų akumuliatoriaus veikimą ilgalaikio veikimo metu.
8. Išvada ir perspektyva
Apibendrinant galima pasakyti, kad ličio akumuliatorių separatorių našumas daro didelę įtaką bendram akumuliatoriaus našumui ir saugumui. Poringumas, porų dydis, storis, cheminis stabilumas, šiluminis stabilumas, drėgnumas ir mechaninis stipris yra našumo parametrai, kurie kartu lemia separatoriaus kokybę. Tęsdamas tvirtą ličio baterijų paklausą pramonės šakose, tokiose kaip naujos energetinės transporto priemonės, energijos kaupimo sistemos ir vartojimo elektronika, taip pat vis aukštesni, taip pat yra vis didesni.