Сепараторы аккумуляторов — все, что вам нужно знать

Все мы знаем о батарейках. Мы также привыкаем к тому, как они работают. Аккумуляторы обеспечивают полную зарядку нашей портативной электроники (телефоны, ноутбуки и т. д.). Но большинство из нас не понимают, как работает батарея. Хотя это помогло бы, если бы ты не волновался. Эта статья упрощает и объясняет все, что вам нужно знать о сепараторах батарей.

Давайте углубимся.

Что такое сепаратор батареи?

Структура литий-ионного аккумулятора

Сепаратор аккумулятора представляет собой проницаемую мембрану между его анодом и катодом. Это электроды батареи.

Разделитель разделяет оба электрода, чтобы избежать короткого замыкания. Анод — это положительный электрод, а катод — отрицательный электрод.

Кроме того, сепаратор является важным компонентом. Он действует как проход электронов к катоду или аноду и обратно. Сепаратор аккумулятора должен быть пористым, чтобы обеспечить транспортировку ионов лития.

Производительность и эффективность литий-ионных аккумуляторов зависят от свойств и конструкции сепаратора.

Какова функция разделителя батареи?

Функция сепаратора батареи состоит в том, чтобы гарантировать безопасность, избегая короткого замыкания.

Но это еще не все.

Основная роль сепаратора батареи заключается в обеспечении безопасного движения ионов. Это то, что заставляет аккумулятор заряжать ваше электронное устройство.

Движение электронов от анода к катоду происходит во время зарядки аккумулятора. А когда электроны движутся в обратном направлении, от катода к аноду, батарея разряжается.

Какова структура сепаратора батареи?

Вся конструкция состоит из трех секций — катода, анода и пористого сепаратора. Просто, верно?

Давайте посмотрим на картинку ниже.

Структура ячеек AA

Движение электронов происходит либо от анодных, либо от катодных электродов. Катод — это отрицательный электрод, а анод — положительный электрод, в зависимости от функций зарядки или разрядки аккумулятора.

Сепаратор пористый, что позволяет электронам двигаться. Для эффективности сепаратор обычно состоит из полимерных мембран, образующих микропористые слои.

Хотя поры не видны человеческому глазу, они позволяют ионам лития двигаться.

Без сепаратора функциональность батареи недействительна. Пористые полиолефиновые пленки контролируют утечку ионов, когда вспомогательная батарея идеальна (саморазряд).

Микропористый слой не допускает электропроводности, поэтому всегда действует как изолятор.

Единственное замечание:температура влияет на работу сепараторов. Если температура поднимается до определенной точки, поры блокируются и закрываются. Следовательно, он останавливает движение ионов лития.

Из каких материалов изготавливаются промышленные сепараторы аккумуляторов?

Материал должен быть непроводящим. И должен обладать отличной термической стабильностью. (объяснено далее в этой статье).

Производители используют специальные марки полиолефинов для производства перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов. Полиолефиновый материал получается путем ламинирования полиэтилена и полипропилена вместе.

Полиолефин является предпочтительным из-за его механических свойств, химической стабильности. Компании также отдают предпочтение полиолефину из-за его низкой стоимости.

На изображении ниже показан сепаратор полиолефиновой батареи, поэтому он применим в перезаряжаемых батареях.

Источник:Plasticstoday.com

Помимо полиолефина, другие материалы включают:

• Поливинилхлорид
• Слой нейлонового керамического покрытия.
• Полиэстер
• Асбест
• Стекло и
• Тетрафторэтилен.

Процесс производства аккумуляторного сепаратора

Как и его структура, процесс производства аккумуляторных сепараторов прост. Процесс заключается в растяжении или влажной обработке полиолефинового материала.

Сухая процедура включает использование механической силы для создания пор. И подходит для более высокой плотности мощности.

Мокрый процесс включает добавление добавок к материалу полиолефиновой пленки. Таким образом, это химический процесс создания пор.

Несмотря на простоту, сухой процесс приводит к тому, что поры имеют разные размеры. Результатом является снижение эффективности сепаратора. Сухая процедура также ослабляет сепаратор, сводя к минимуму его прочность на прокол.

Мокрый процесс немного сложнее и дороже. К счастью, он создает те же размеры пор для сепаратора. В результате улучшается смачиваемость.

Дополнительное примечание. Смачиваемость — это способность сепаратора батареи «смачиваться» растворами электролита. Хотя мокрый процесс эффективен, он не увеличивает удержание электролита.

Каковы свойства сепаратора батареи?

Вопрос помогает понять, что делает хороший сепаратор вспомогательной батареи. Сепаратор отвечает не только за эффективность батареи, но и за безопасность.

Мы лучше всего понимаем оба требования (эффективность и безопасность), исследуя их различные свойства. Итак, давайте попробуем.

Литий-ионный аккумулятор

1. Химическая стабильность

Как вы уже знаете, аккумуляторный сепаратор должен обладать непроводящими свойствами. То есть сепаратор не должен реагировать ни с анодным, ни с катодным электродами.

Кроме того, сепаратор должен оставаться химически стабильным. Опять же, это гарантирует, что сепаратор не вступит в реакцию с жидким электролитом. Такая стабильность помогает аккумулятору преодолеть деградацию.

2. Толщина и механическая прочность

Цель состоит в том, чтобы разработать тонкую батарею без потери ее механической прочности. Другими словами, когда сепаратор литий-ионного аккумулятора тонкий, это помогает уменьшить его мощность и плотность энергии.

Имея это в виду, производители аккумуляторов обеспечивают достаточную прочность основного аккумулятора. Это помогает предотвратить растяжение батареи, особенно во время намотки.

3. Пористость и плотность пор

Цель состоит в том, чтобы сепаратор имел высокую плотность пор. Это удерживает электролиты и позволяет ионам лития свободно перемещаться между электродами.

Пористость сепаратора не должна быть ни слишком большой, ни слишком маленькой. Размер пор должен быть достаточно широким, чтобы закрыться при выключении батареи.

Мы измеряем пористость сепаратора в процентах. Средняя пористость составляет 40 процентов. И да, поры должны иметь равномерное распределение.

4. Термическая стабильность

Сепаратор должен выдерживать и выдерживать широкий диапазон температур. Он не должен скручиваться или сморщиваться при очень высоких температурах. Сепаратор должен отключаться при температурах ниже температуры плавления полимера перед тепловым разгоном. . По сути, это процесс отжига.

Проблемы (и решения) с разделителями батарей?

Хорошо, постоянно ведутся разработки по улучшению характеристик перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов. Но это столкнулось с рядом проблем.

Большинство этих проблем связано с возникающими потребностями. Например, существуют потребности и требования к батареям, способным выдерживать высокие температуры.

Кроме того, необходимо, чтобы батареи работали долго без ущерба для их свойств.

Некоторые из проблем, с которыми сталкивается производство аккумуляторных сепараторов, включают:

а) Необходимость изготовления более тонких сепараторов

б) Для увеличения смачиваемости

c) Намерение улучшить работу батареи при высоких температурах

Позвольте мне объяснить эти проблемы подробнее.

Необходимость в стабильных тепловых характеристиках связана с изобретением электрических сетей и электромобилей. Оба изобретения требуют мощных аккумуляторов, способных выдерживать высокие температуры.

Производители улучшают характеристики ячеек, используя новые материалы. Термическая стабильность лучше, чем у полиолефина.

Необходимость повышенной смачиваемости обусловлена ​​несовместимостью полиолефинов. Выбор полимера несовместим с обычными материалами электролита.

Новые традиционные электролиты характеризуются высокими диэлектрическими постоянными. Это помогает сократить процесс производства батареи.

В то же время несовместимость полиолефинов приводит к неравномерному распределению тока. В результате основной аккумулятор недостаточно долго заряжает ваше электрическое устройство.

Наконец, всегда есть потребность в более тонких батареях. Как и ожидалось, это сложно. Аккумуляторам нужны более толстые электроды, чтобы удерживать больше заряда. Тем не менее, компании разрабатывают специальные марки полиолефинов для улучшения высокой молекулярной массы крышки.

Есть ли какие-либо разработки в области ионно-литиевых аккумуляторов?

Производители сжигают полуночное масло, чтобы повысить производительность аккумуляторных сепараторов.

Компании разрабатывают уникальные (и, возможно, запатентованные) способы повышения смачиваемости и термической стабильности. Давайте посмотрим на некоторые из улучшений на данный момент.

Литий-ионный аккумулятор

а) Декорирование сепаратора наночастицами кремнезема

Процесс включает в себя прикрепление наночастиц кремнезема к порам и стенкам сепараторов. Ожидаемый результат — улучшенная смачиваемость электролита батареи. Этот метод также повышает устойчивость батареи к нагреву.

В то время как материал сепаратора повышает термостойкость, наночастицы диоксида кремния улучшают смачиваемость.

b) Использование процесса инверсии фаз для производства новых PEI (полиэфиримидов)

Процесс включает использование PD и BPADA для производства сепараторов. Это полезно, потому что сепаратор батареи теперь имеет лучшие свойства. Например, сепаратор может работать с широким диапазоном электропроводности.

PEI также помогают свести к минимуму степень вздутия батареи. Таким образом, это приводит к быстрому впитыванию электролита.

Более того, сепаратор батареи демонстрирует термическую стабильность до 220 °C.

c) Сшивание, индуцированное водородом (HHC)

Этот метод представляет собой ковалентную сшивку оксида полиэтилена на полипропиленовом сепараторе. Эффект заключается в увеличении сродства полиолефина к электролиту.

При такой модификации литий-ионные аккумуляторы обладают высоким сохранением емкости. Батареи также имеют низкое внутреннее сопротивление.

Заключение

Как мы видели, сепаратор батареи представляет собой проницаемую мембрану, которая действует как изолятор. Он отделяет катод (отрицательный электрод) от анода (положительный электрод).

Сепаратор является жизненно важным материалом, поскольку он определяет эффективность батареи. При малонадежном сепараторе аккумуляторная батарея такого же низкого качества.

Производители аккумуляторов открывают для себя новую технологию сепараторов аккумуляторов для повышения их производительности. Например, такие вторичные батареи применимы в печатных платах (печатных платах), доступных в WellPCB.