电池隔板——所有你需要知道的

我们都知道电池。我们也习惯了它们的工作方式。电池确保我们的便携式电子设备（手机、笔记本电脑等）充满电。但是，我们大多数人都不了解电池的工作原理。不过，如果您不担心，这会有所帮助。本文简化并解释了您需要了解的有关电池隔膜的所有信息。

让我们潜入。

究竟什么是电池分离器？

锂离子电池结构

电池隔膜是其阳极和阴极之间的渗透膜。这两个是电池的电极。

隔板将两个电极分开以避免电气短路。阳极为正极，阴极为负极。

此外，隔板是关键部件。它充当电子进出阴极或阳极的通道。电池隔膜必须是多孔的，以允许锂离子的传输。

锂离子电池的性能和效率取决于隔膜的性能和结构。

电池隔板的作用是什么？

电池隔膜的作用是通过避免短路来保证安全。

但这还不是全部。

电池隔膜的主要作用是允许离子安全移动。这就是使电池为您的电子设备充电的原因。

当电池充电时，电子从阳极移动到阴极。当电子反向移动时，从阴极到阳极，电池正在放电。

电池隔板的结构是什么？

该结构全部由三个部分组成——阴极、阳极和多孔隔板。很简单，对吧？

让我们看看下面的图片。

AA 细胞结构

电子运动来自阳极或阴极电极。阴极是负极，而阳极是正极，这取决于电池的充电或放电作用。

隔板是多孔的以允许电子移动。为了提高效率，隔膜通常由形成微孔层的聚合物膜组成。

虽然人眼看不到毛孔，但它们允许锂离子运动。

没有隔膜，电池的功能将失效。当辅助电池是理想的（自放电）时，多孔聚烯烃薄膜可控制离子泄漏。

微孔层不允许导电，因此始终充当隔离器。

唯一需要注意的是，温度会影响隔膜的性能。如果温度升高到一定程度，毛孔就会堵塞并关闭。因此，它阻止了锂离子的运动。

哪些材料可以制造电池商业隔膜？

材料必须是非导体。并且应该有很好的热稳定性 （本文后面会解释）。

制造商使用特殊的聚烯烃等级来生产可充电锂离子电池。聚烯烃材料是由聚乙烯和聚丙烯复合而成的。

聚烯烃是优选的，因为它的机械性能、化学稳定性。由于成本低，公司也更喜欢聚烯烃。

下图是聚烯烃电池隔膜，因此适用于充电电池。

来源：Plasticstoday.com

除聚烯烃外，其他材料包括：

• 聚氯乙烯
• 尼龙陶瓷涂层
• 涤纶
• 石棉
• 玻璃和
• 四氟乙烯。

电池隔膜的制造工艺

与它的结构一样，生产电池隔膜的过程也很简单。该工艺是对聚烯烃材料进行拉伸或湿法加工。

干燥过程涉及使用机械力来产生孔隙。并且适用于更高的功率密度。

湿法工艺包括将添加剂添加到聚烯烃薄膜材料中。因此，这是一个产生气孔的化学过程。

虽然简单，但干燥过程会导致毛孔具有不同的大小。结果是分离器的有效性降低。干燥过程也会削弱隔膜，从而最大限度地降低其穿刺强度。

湿法工艺有点复杂——而且也很昂贵。幸运的是，它为隔膜创造了相同的孔径。结果是改善了润湿性。

旁注 – 润湿性是电池隔膜被其电解质溶液“润湿”的能力。虽然湿法工艺有效，但它不会增加电解质的保留。

电池隔板的特性是什么？

这个问题有助于理解什么是好的辅助电池隔膜。隔膜不仅对电池的效率负责，而且对安全负责。

我们通过检查它们的不同属性来最好地了解这两个要求（效率和安全性）。所以让我们试一试。

锂离子电池

1.化学稳定性

如您所知，电池隔膜应该具有非导电特性。也就是说，隔膜不应与阳极或阴极发生反应。

此外，隔板需要保持化学稳定性。这再一次确保了隔膜不会与液体电解质发生反应。这种稳定性有助于电池克服退化。

2。厚度和机械强度

目标是在不损失其机械强度的情况下开发一种薄电池。换句话说，当锂离子电池隔膜薄时，它有助于降低其功率和能量密度。

考虑到这一点，电池制造商确保原电池具有足够的抗拉强度。它有助于防止电池拉伸，尤其是在卷绕过程中。

3.孔隙率和孔密度

目的是使隔板具有高孔密度。这可以保持电解质并允许锂离子在电极之间自由移动。

隔板的孔隙率不能太大，也不能太小。孔径应足够宽，以便在电池关闭时关闭。

我们以百分比测量隔膜的孔隙率。平均孔隙率为 40%。是的，孔隙应该分布均匀。

4.热稳定性

隔板需要承受和承受大范围的温度。它不应该在非常高的温度下卷曲或起皱。在热失控之前，隔膜应在低于聚合物熔点的温度下关闭 .本质上，这是退火过程。

电池分离器面临的挑战（和解决方案）？

好的，有不断的发展来提高可充电锂离子电池的性能。但是，这遇到了相当多的挑战。

大多数这些挑战是由于新出现的需求。例如，需要和要求电池承受高温。

此外，还需要电池在不损害其电池特性的情况下持续使用很长时间。

电池隔膜制造面临的一些挑战包括：

a) 需要生产更薄的隔膜

b) 增加润湿性

c) 提高电池高温性能的意图

让我进一步解释这些挑战。

由于电网和电动汽车的发明，需要稳定的热性能。这两项发明都需要能够承受高温的重型电池。

制造商正在通过使用新材料来提高电池性能。热稳定性优于聚烯烃。

对增强润湿性的需求是由于聚烯烃的不相容性。聚合物的选择与普通电解质材料不兼容。

新的传统电解质具有高介电常数的特点。这有助于缩短电池的制造过程。

同时，聚烯烃的不相容性导致电流分布不均匀。结果是原电池无法为您的电子设备充电足够长的时间。

最后，总是需要更薄的电池。正如预期的那样，这是具有挑战性的。电池需要更厚的电极来容纳更多的电荷。尽管如此，公司正在推出特殊的聚烯烃等级以提高 Lid 的高分子量。

锂离子电池有发展吗？

制造商夜以继日地提高电池隔膜的性能。

公司开发了独特的（可能获得专利的）方法来增强润湿性和热稳定性。让我们来看看到目前为止的一些改进。

锂离子电池

a) 用二氧化硅纳米粒子装饰隔板

该过程包括将二氧化硅纳米粒子附着到隔膜的孔和孔壁上。预期的结果是提高了对电池电解质的润湿性。该方法还增强了电池的耐热性。

在隔膜材料提高耐热性的同时，二氧化硅纳米粒子提高了润湿性。

b) 使用相转化工艺生产新型 PEI（聚醚酰亚胺）

该过程涉及使用 PD 和 BPADA 生产隔膜。这很有帮助，因为电池隔膜现在具有更好的性能。例如，隔膜可以处理多种电导率。

PEI 还有助于最大限度地减少电池的膨胀程度。因此，它会导致快速的电解质芯吸。

更好的是，电池隔膜显示出高达 220°C 的热稳定性。

c) 氢诱导交联 (HHC)

该技术是将聚环氧乙烷共价交联到 PP 隔膜上。其作用是提高聚烯烃的电解质亲和力。

通过这种修改，锂离子电池具有很高的容量保持率。电池的内阻也很低。

结论

正如我们所见，电池隔膜是一种可渗透的膜，起到隔离器的作用。它将阴极（负极）与阳极（正极）隔开。

隔膜是一种至关重要的材料，因为它决定了电池的有效性。使用低可靠性的隔膜，二次电池的质量同样低。

电池制造商正在发现新的电池隔膜技术以提高其性能。例如，此类二次电池适用于 PCB（印刷电路板），可在 WellPCB 购买。