4 yeni lityum batarya ayırıcı malzemesi ile lityum bataryalara getirilen değişiklikler
Lityum piller için önemli bir malzeme olarak, pil ayırıcı elektronları izole etmekte rol oynar.Pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki doğrudan temayı önleyen ve elektrolit içindeki lityum iyonlarının serbestçe geçmesine izin verenAynı zamanda, ayırıcı aynı zamanda pilin güvenli çalışmasını sağlamakta da hayati bir rol oynar. Ülkemdeki lityum batarya ayırıcı endüstrisi hızlı bir gelişme aşamasında ve ıslak ayırıcılar yavaş yavaş ana teknik yola dönüştü.Yurt içi ayırıcıların genel teknik seviyesi ile uluslararası birinci sınıf şirketlerin teknik seviyesi arasında hala büyük bir fark var..
Teknoloji geliştirme alanında, geleneksel poliolefin ayırıcıları artık lityum pillerin mevcut ihtiyaçlarını karşılayamıyor.Yüksek dayanıklılık, ve elektrolit için iyi nemlendiricilik gelecekteki lityum iyon bataryalarının gelişim yönüdür.
Lityum piller için önemli bir malzeme olarak, ayırıcı elektronik izolasyonda bir rol oynar.Pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki doğrudan temayı önleyen ve elektrolit içindeki lityum iyonlarının serbestçe geçmesine izin verenAynı zamanda, ayırıcı aynı zamanda pilin güvenli çalışmasını sağlamakta da hayati bir rol oynar.
Özel koşullar altında, kazalar, delikler, batarya kötüye kullanımı vb., ayırıcı kısmen hasar görebilir ve pozitif ve negatif elektrotlar arasında doğrudan temas yaratabilir.Bataryanın şiddetli bir tepkisini tetikleyebilir ve bataryayı alevlenmesine ve patlamasına neden olabilir..
Bu nedenle, lityum iyonlu pillerin güvenliğini artırmak ve pilin güvenli ve sorunsuz çalışmasını sağlamak için, ayırıcı aşağıdaki koşulları karşılamalıdır:
1Kimyasal istikrar: elektrolitler ve elektrot malzemeleri ile reaksiyona girmez
2. Nemlenebilirlik: elektrolitle kolayca ıslanabilir ve gerilmez veya küçülmez
3. Termal kararlılık: yüksek sıcaklıklara dayanır ve yüksek sigorta yalıtımına sahiptir
4Mekanik dayanıklılık: Otomatik sarma sırasında dayanıklılığın ve genişliğin değişmeden kalmasını sağlamak için iyi bir germe dayanıklılığı
5Porosite: İyonik iletkenlik gereksinimlerini karşılamak için daha yüksek porosite
Şu anda piyasada ticarileştirilen lityum batarya ayırıcıları, çoğunlukla polietilen (PE) ve polipropilen (PP) tabanlı mikroporozlu poliolefin ayırıcılarıdır.Bu tür bir ayırıcı düşük maliyetine dayanıyor, iyi mekanik özellikleri ve mükemmel Lityum batarya ayırıcılarında kimyasal istikrar ve elektrokimyasal istikrar gibi avantajları nedeniyle yaygın olarak kullanılır.
Bununla birlikte, liyofobik yüzey ve poliolefin malzemesinin kendi yüzey enerjisinin düşük olması nedeniyle, bu tür bir ayırıcı elektrolit için zayıf nemlendiricilik gösterir ve pilin döngü ömrünü etkiler..
Ek olarak, PE ve PP'nin ısı deformasyon sıcaklıkları nispeten düşük olduğundan (PE'nin ısı deformasyon sıcaklığı 80-85 °C ve PP'nin 100 °C),Separatör aşırı sıcaklıkta şiddetli bir termal küçülmeye maruz kalacaktır., bu nedenle bu tür bir ayırıcı yüksek sıcaklık ortamlarında kullanılmak için uygun değildir.Geleneksel poliolefin ayırıcıları günümüzün 3C ürünlerinin ve güç pillerinin gereksinimlerini karşılayamaz..
Lityum-ion batarya teknolojisinin geliştirme ihtiyaçlarına yanıt olarak, araştırmacılar geleneksel poliolefin ayırıcılarına dayanan çeşitli yeni lityum batarya ayırıcı malzemeleri geliştirdiler.Dokunulmamış ayırıcılar, liflerin bir lif ağ yapısı oluşturmak için yönlendirilmesi veya rastgele düzenlenmesi için dokunulmamış yöntemler kullanır, ve daha sonra kimyasal veya fiziksel yöntemler kullanarak zarı bir film oluşturmak için güçlendirir, böylece iyi hava geçirgenliği ve sıvı emilim hızı vardır.
Doğal malzemeler ve sentetik malzemeler, dokunmamış zarların hazırlanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.Sentetik malzemeler arasında polietilen tereftalat (PET) vardır., poliviniliden fluorür (PVDF), poliviniliden fluorür (PVDF), viniliden fluorür-heksafluoropropilen (PVDF-HFP), poliamid (PA), poliyimid (PI), aramid (meta-aramid, PMIA; para-aramid PPTA), vb..
1
Polietilen tereftalat
Polietilen tereftalat (PET), mükemmel mekanik özelliklere, termodinamik özelliklere ve elektrik yalıtım özelliklerine sahip bir malzemedir.PET ayırıcılarının en temsil edici ürünü, Alman Degussa şirketi tarafından geliştirilen kompozit bir zar., PET ayırıcılarına dayanır ve seramik parçacıklarla kaplıdır.
Xiangtan Üniversitesi'nden Xiao Qizhen ve diğerleri (2012) PET nanofiber ayırıcılarını hazırlamak için elektrospinning yöntemi kullandı.Üretilen nano lif ayırıcılar üç boyutlu gözenekli ağ yapısına sahiptir, ortalama lif çapı 300nm ve yüzey pürüzsüzdür.
Elektrospun PET ayırıcısının erime noktası PE filminden çok daha yüksektir, 255 °C'dir, maksimum germe dayanıklılığı 12Mpa'dır, gözeneklilik% 89'a ulaşır,Sıvı emilim oranı % 500'e ulaşır., piyasadaki Celgard ayırıcıdan çok daha yüksek ve iyon iletkenliği 2,27×10-3Scm-1'e ulaşır ve döngü performansı da Celgard ayırıcıdan daha iyidir.PET ayırıcısının gözenekli lif yapısı, 50 pil döngüsünden sonra istikrarlı kalır, a'da gösterildiği gibi.
2
Polyimid
Polyimid (PI), iyi kapsamlı özelliklere sahip polimerlerden biridir.ve -200 ila 300°C'de uzun süre kullanılabilir.
Miao et al. (2013) bir PI nanofiber ayırıcı oluşturmak için elektrospin kullanmıştır. Ayrıcıın bozulma sıcaklığı 500 ° C'dir, bu da geleneksel Celgard ayırıcıdan 200 ° C daha yüksektir.Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi, yaşlanma ve termal küçülme 150°C yüksek sıcaklık koşullarında meydana gelmez.
İkincisi, PI'nin güçlü kutupluluğu ve elektrolit için iyi nemlenebilirliği nedeniyle, üretilen ayırıcı mükemmel sıvı emilim oranına sahiptir.Elektrospinning ile üretilen PI ayırıcı, Celgard ayırıcıdan daha düşük impedans ve daha yüksek hız performansına sahiptirKapasite tutma oranı, 0.2C'de 100 şarj ve boşaltma döngüsünden sonra hala% 100'dür.
(a) Celgard, PI 40μm ve 100μm ayırıcılarının (a, b, c) ve (d, e, f) 150°C'de işlenmesinden önce ve sonra ısı küçülmesi; (b) Hız testi
3
meta-aramid
PMIA, iskeletinde meta-anilin dallanmış zincirleri olan aromatik bir poliamiddir ve 400 °C'ye kadar ısı direncine sahiptir.Bu malzemeyi kullanan ayırıcılar pillerin güvenlik performansını artırabilir.
Buna ek olarak, karbonil grubunun nispeten yüksek kutupluluğu nedeniyle, ayırıcı elektrolitte daha yüksek nemlenebilirliğe sahiptir ve böylece ayırıcının elektrokimyasal özelliklerini iyileştirir.
Genel olarak, PMIA ayırıcıları elektrospin gibi tekstil dışı yöntemlerle üretilir.Kendiliğinden boşaltma, pilin güvenlik performansını ve elektrokimyasal performansını etkileyecektir.Bu durum, tekstil dışı ayırıcıların kullanımını belli ölçüde kısıtlar, ancak faz invertasyonu yöntemi çok yönlülüğü ve kontrol edilebilirliği nedeniyle ticari umutlara sahiptir.
Zhejiang Üniversitesi'nden Zhu Baoku ekibi (2016) şekil gösterildiği gibi faz tersineleme yöntemiyle sünger benzeri bir PMIA ayırıcı üretti.Gözenek boyutlarının %90'ı mikronun altında., ve germe dayanıklılığı 10.3Mpa kadar yüksektir.
Faz tersineleme yöntemi ile üretilen PMIA ayırıcı mükemmel bir termal istikrara sahiptir.Ayrıcı, 160°C'de 1 saat tedavi edildikten sonra küçülmez..
Ayrıca güçlü kutup fonksiyonel grupları nedeniyle, PMIA ayırıcısının temas açısı küçük, sadece 11.3 ° ve sünger benzeri yapısı sıvıyı hızlı bir şekilde emiyor.separatörün ıslatma performansını iyileştiren, pilin aktifleşme süresini azaltır ve uzun döngüleri dengeler.
Ek olarak, PMIA ayırıcısının sünger benzeri yapısının içindeki birbirine bağlı gözenekli yapı nedeniyle, lityum iyonları içinden sorunsuz bir şekilde aktarılabilir,Bu nedenle faz tersine çevirme yöntemi ile üretilen ayırıcının iyonik iletkenliği 1 kadar yüksektir..51 mS ̇cm-1.
4
Polyparaphenylenebenzodiazol
Yeni polimer malzeme PBO (polifenilenbenzodiazol), mükemmel mekanik özelliklere, termal istikrarına ve alev gerilemesine sahip organik bir lifdir.Matris, 650 °C altında parçalanmayan doğrusal zincirli bir polimerdir.Çok yüksek dayanıklılığa ve modülüne sahiptir ve ideal bir ısıya dayanıklı ve darbeye dayanıklı lif malzemesidir.
PBO lif yüzeyi son derece pürüzsüz ve fiziksel ve kimyasal olarak inert olduğundan, lif morfolojisini değiştirmek zordur.metilsulfonik asit, fluorosulfonik asit vb. güçlü asit kazımından sonra, PBO lifindeki fibriller ana gövden soyulacak ve bölünmüş bir filament morfolojisi oluşturacak.yüzey alanı ve interfacial bağ gücü oranını iyileştiren.
(a) PBO fibrileri; (b) PBO nano lif zar yapısı
Hao Xiaoming et al. (2016) nanofibre oluşturmak için PBO fibrillerini çözmek için metanesulfonik asit ve trifluoroasetik asit karışımı bir asit kullandı.ve daha sonra faz tersineleme yöntemi ile bir PBO nanoporlu ayırıcı hazırladı.
Separatörün nihai dayanıklılığı 525Mpa'ya ulaşabilir, Young modülü 20GPa'dır, termal istikrarı 600°C'ye ulaşabilir, separatörün temas açısı 20°'dur,Celgard2400 ayırıcısının 45° temas açısından daha küçük, ve iyonik iletkenliği 2.3×10-4S·cm-1, bu da 0.1C döngü koşullarında ticari Celgard2400 ayırıcıdan daha iyi performans gösterir.
PBO fibrillerinin zor üretim süreci nedeniyle, dünya çapında yüksek kaliteli PBO lifleri üreten sadece bir avuç şirket var ve hepsi monomer polimerizasyon kullanıyor.Üretilen PBO lifleri güçlü bir asit tedavisi gerektirir ve lityum pil ayırıcıları alanında uygulanması zordur..
Hanyang Üniversitesi YoungMooLee ekibi (2016), termal yeniden düzenleme yoluyla TR-PBO nano lif bileşik ayırıcı hazırlamak için HPI (hidroksipoliamid) nanopartiküllerini kullandı.PBO malzemesinin kendisinin yüksek dayanıklılığı ve yüksek ısı dayanıklılığına ek olarak, ayırıcı Avantajlara ek olarak, gözenek boyutu dağılımı daha yoğun, gözenek boyutu daha küçük ve güçlü asit ve alkali koşullarında hazırlanmasına gerek yoktur.
XWELL, Çin Kulesi Enerji Değişim Projesi için teklif kazandı.
Yakın zamanda, China Tower Co., Ltd. 2021'den 2022'ye geçiş dönemi boyunca lityum demir fosfat pil ürünleri için merkezi teklif projesinin inceleme sonuçlarını açıkladı.XWELL, proje için ilk başarılı teklifçi olarak teklifi kazandı.% 50 oranında payı olan kazanan ürün, üç tekerlekli/iki tekerlekli elektrikli araçlar için lityum demir fosfat pilidir.
İki yıl boyunca teklifi kazanmak, XWELL'in lityum batarya teknolojisi, maliyeti ve hizmeti alanındaki kapsamlı gücünün tanınmasını tam olarak yansıtıyor.Çin Kulesi ile derinlemesine işbirliği yaparak, XWELL daha kapsamlı ürünler ve daha iyi hizmetler sunmaya devam edecek.
XWELL, elektrikli iki tekerlekli araçlar için pil takas pazarına giren ilk lityum pil şirketlerinden biridir.Batarya değişimi alanında lityum demir fosfat esnek batarya çözümleri için referans noktalarından biri haline geldi.2020 yılından bu yana, piyasayı derinlemesine anlamak ve sürekli teknolojik yükseltmeler yoluyla XWELL, elektrikli anahtarların kullanımında üç nesil ürün üretti.Mevcut ürünler elektrikli anahtar pazarının ihtiyaçlarını mükemmel bir şekilde karşılıyorElektrikli anahtarlar alanındaki sürekli çabalara ek olarak, XWELL 2021 yılında elektrikli iki tekerlekli araçlar alanına tamamen girecek.Ev elektrikli bisiklet ve paylaşılan elektrikli bisiklet pazarları dahil.
