Batterijscheiders Uitgelegd: Hoe Ze Uw Apparaten Veilig en Efficiënt Houden

Wat Is Precies Een Batterijscheider?

We kennen allemaal batterijen. We zijn ook gewend aan hoe ze werken. Batterijen zorgen ervoor dat onze draagbare elektronica (telefoons, laptops, etc.) volledig opgeladen is. Maar, de meeste van ons begrijpen niet hoe een batterij werkt. U hoeft zich geen zorgen te maken. Dit artikel vereenvoudigt en legt alles uit wat u hoeft te weten over batterijscheiders.

Laten we duiken.

Een batterijscheider is een doorlaatbaar membraan tussen de anode en kathode. De twee zijn de elektroden van de batterij. De scheider houdt beide elektroden uit elkaar om een elektrische kortsluiting te voorkomen. De anode is de positieve elektrode, en de kathode is de negatieve elektrode.

Ook is de scheider een kritisch component. Het fungeert als een passage voor elektronen naar en van de kathode of de anode. De batterijscheider moet porieus zijn om het transport van lithium-ionen toe te laten.

De prestaties en efficiëntie van lithium-ionbatterijen berusten op scheider-eigenschappen en structuur.

Wat Is de Functie van een Batterijscheider?

De functie van een batterijscheider is om veiligheid te garanderen door kortsluiting te voorkomen. Maar dat is niet alles. De hoofdrol van een batterijscheider is om de veilige beweging van ionen toe te laten. Dit is wat de batterij uw elektronisch apparaat doet opladen. De beweging van elektronen van de anode naar de kathode gebeurt wanneer de batterij oplaadt. En wanneer de elektronen in de omgekeerde richting bewegen, van kathode naar anode, ontlaadt de batterij.

Wat Is de Structuur van een Batterijscheider?

De structuur gaat over drie secties – de kathode, de anode, en een porieuze scheider. Simpel, toch? Laten we naar de afbeelding kijken. De elektronenbeweging is van de anode of kathode elektroden. De kathode is de negatieve elektrode, terwijl de anode de positieve elektrode is, afhankelijk van de opladen of ontladen van de batterij. De scheider is porieus om elektronenbeweging toe te laten. Voor efficiëntie bestaat de scheider meestal uit polymere membranen die microporieuze lagen vormen. Hoewel de poriën niet zichtbaar zijn voor het menselijk oog, laten ze de beweging van lithium-ionen toe. Zonder de scheider is de functionaliteit van een batterij nihil. De microporieuze polyolefine films controleren de lekkage van ionen wanneer een auxiliaire batterij ideaal is (zelfontlading). De microporieuze laag laat geen elektrische geleiding toe, waardoor het altijd als isolator fungeert. Het enige opmerking is dat temperatuur de prestaties van de scheiders beïnvloedt. Als de temperatuur stijgt tot een bepaald punt, blokkeren en sluiten de poriën af. Hierdoor stopt de beweging van lithium-ionen.

Welke Materialen Maken Commerciële Batterijscheiders?

Het materiaal moet een niet-leider zijn. En moet een grote thermische stabiliteit hebben (later in dit artikel uitgelegd). Fabrikanten gebruiken speciale polyolefine graden om herlaadbare lithium-ionbatterijen te produceren. Het polyolefine materiaal ontstaat door polyethyleen en polypropyleen samen te lamineren. Polyolefine is een voorkeur vanwege de mechanische eigenschappen, chemische stabiliteit. Bedrijven kiezen ook polyolefine vanwege de lage kosten.

Naast polyolefine, omvatten andere materialen:

• Polyvinylchloride
• Nylon keramische coatinglaag
• Polyester
• Asbest
• Glas en
• Tetrafluoroetheen.

Productieproces voor een Batterijscheider

Net als de structuur, is het proces van produceren van batterijscheiders simpel. Het proces is door rekken of nat verwerken van het polyolefine materiaal. Het droge proces omvat het gebruik van mechanische kracht om de poriën te creëren. En is geschikt voor hogere vermogensdichtheden. Het natte proces omvat het toevoegen van additieven aan het polyolefine filmmateriaal. Dus is het een chemisch proces van het creëren van poriën. Hoewel simpel, veroorzaakt het droge proces dat de poriën verschillende groottes hebben. Het resultaat is een reductie in de effectiviteit van de scheider. Het droge proces verzwakt ook de scheider, wat de doorsteksterkte minimaliseert. Het natte proces is iets ingewikkelder – en duurder. Gelukkig creëert het dezelfde poriéngroottes voor de scheider. Het resultaat is verbetering in benetbaarheid. Zijnoot – Benetbaarheid is de capaciteit van de batterijscheider om "nat" te worden met zijn elektrolytoplossingen. Hoewel het natte proces effectief is, verhoogt het niet de elektrolytretentie.

Wat Zijn de Eigenschappen van een Batterijscheider?

De vraag helpt begrijpen wat een goede auxiliaire batterijscheider maakt. De scheider is niet alleen verantwoordelijk voor de efficiëntie van de batterij, maar ook voor veiligheid. We begrijpen beide eisen (efficiëntie en veiligheid) het beste door hun verschillende eigenschappen te onderzoeken. Laten we gaan.

1. Chemische Stabiliteit

Zoals u al weet, moet een batterijscheider niet-leidende eigenschappen hebben. Dat is, de scheider mag niet reageren met de anode of kathode elektroden. Ook moet de scheider chemisch stabiel blijven. Nogmaals, dit zorgt ervoor dat de scheider niet reageert met de vloeibare elektrolyt. Zo'n stabiliteit helpt de batterij degradatie te overwinnen.

2. Dikte en Mechanische Sterkte

Het doel is om een dunne batterij te ontwikkelen zonder de mechanische sterkte te verliezen. Met andere woorden, wanneer een Li-Ion batterijscheider dun is, helpt het de vermogens- en energiedichtte te vergemakkelijken. Met dit in gedachten, zorgen batterijfabrikanten ervoor dat de primaire batterij voldoende trekkracht heeft. Het helpt voorkomen dat de batterij uitrekt, vooral tijdens een winderproces.

3. Porositeit en Poriedichtheid

De bedoeling is dat de scheider een hoge poriedichtheid heeft. Dit houdt elektrolyten vast en laat vrije beweging van lithium-ionen tussen de elektroden toe. De porositeit van de scheider mag niet te groot, niet te klein zijn. De poriéngrootte moet breed genoeg zijn om te sluiten wanneer de batterij afsluit. We meten de porositeit van een scheider in percentage. De gemiddelde porositeit is 40 procent. En ja, de poriën moeten een uniforme verdeling hebben.

4. Thermische Stabiliteit

De scheider moet een breed bereik aan temperaturen kunnen verdragen. Het mag niet krullen of rimpelen bij erg hoge temperaturen. De scheider moet afsluiten bij temperaturen lager dan het smeltpunt van het polymer vóór de thermische ontlading. In essentie is dit het aanlaasproces.

Uitdagingen (en Oplossingen) met Batterijscheiders?

Okay, er zijn constante ontwikkelingen om de prestaties van herlaadbare Li-ion batterijen te verbeteren. Maar dat wordt tegengekomen door redelijk wat uitdagingen. De meeste van deze uitdagingen zijn te wijten aan opkomende behoeften. Bijvoorbeeld, er zijn behoeften en vereisten voor batterijen om hoge temperaturen te weerstaan. Ook is er behoefte aan batterijen die lang duren zonder hun celeigenschappen in te boeten. Enkele van de uitdagingen bij de fabricage van batterijscheiders zijn:

a) De behoefte om dunne scheiders te produceren
b) Om benetbaarheid te verhogen
c) De bedoeling om de prestaties van de batterij bij hoge temperaturen te verbeteren

De behoefte aan stabiele thermische prestaties is te wijten aan de uitvinding van energienetten en elektrische auto's. Beide uitvindingen vereisen zware batterijen die hoge temperaturen kunnen weerstaan. Fabrikanten verbeteren celprestaties door nieuwe materialen te gebruiken. De thermische stabiliteiten zijn beter dan polyolefine. De behoefte aan verbeterde benetbaarheid is te wijten aan de onverenigbaarheid van polyolefine. De keuze van het polymer is niet verenigbaar met gangbare elektrolytmaterialen. De nieuwe, conventionele elektrolyten zijn gekenmerkt door hoge dielektrische constanten. Wat helpt het productieproces van de batterij te verkorten. Tegelijkertijd resulteert de onverenigbaarheid van polyolefine in ongelijke stroomverdeling. Het resultaat is een primaire batterij die uw elektrisch apparaat niet lang genoeg oplaadt. Ten slotte is er altijd een vraag naar dunne batterijen. Zoals verwacht, is dit uitdagend. Batterijen hebben dunne elektroden nodig om meer lading te houden. Niettemin, bedrijven komen met speciale polyolefine graden om het hoge molecuulgewicht van Li te verbeteren.

Zijn Er Ontwikkelingen in Lithium-Ion Batterijen?

Fabrikanten branden de middernachtolie om de prestaties van batterijscheiders te verbeteren. Bedrijven ontwikkelen unieke (en mogelijk gepatenteerde) manieren om benetbaarheid en thermische stabiliteit te verbeteren. Laten we kijken naar enkele verbeteringen tot nu toe.

a) Decoreren van de Scheider met Silica Nanodeeltjes

Het proces omvat het bevestigen van silicananodeeltjes aan de poriën en poriewanden van de scheiders. Het verwachte resultaat is een verbeterde benetbaarheid ten opzichte van de elektrolyt van de batterij. De methode verbetert ook de warmtebestendigheid van de batterij. Terwijl het scheidermateriaal de warmtebestendigheid verhoogt, verhogen de silicananodeeltjes de benetbaarheid.

b) Gebruik van Fase-Inversie Proces om Nieuwe PEI's (Polyetherimiden) te Produceren

Het proces omvat het gebruik van PD en BPADA om scheiders te produceren. Het is nuttig omdat de batterijscheider nu betere eigenschappen heeft. Bijvoorbeeld, de scheider kan een breed bereik aan geleidbaarheden aan. De PEI's helpen ook de zwelgraad van de batterij te minimaliseren. Dus resulteert in snelle elektrolyt-optrekking. Beter nog, de batterijscheider toont thermische stabiliteit tot 220°C.

c) Waterstof Geïnduceerde Vernetting (HHC)

De techniek is een covalente vernetting van een polyethyleenoxide op een PP-scheider. Het effect is een toename in de elektrolytaffinititeit van de polyolefine. Met zo'n wijziging hebben Li-ion batterijen een hoge capaciteitsretentie. De batterijen hebben ook een lage interne weerstand.

Conclusie

Zoals we hebben gezien, is een batterijscheider een doorlaatbaar membraan dat als isolator fungeert. Het scheidt de kathode (negatieve elektrode) van de anode (positieve elektrode). De scheider is een vitaal materiaal omdat het de effectiviteit van de batterij bepaalt. Met een onbetrouwbare scheider is een secundaire batterij even laag in kwaliteit. Batterijfabrikanten ontdekken nieuwe batterijscheidertechnologie om de prestaties te verbeteren. Bijvoorbeeld, dergelijke secundaire batterijen zijn toepasbaar in PCB's (geprinte schakelprinten), beschikbaar bij WellPCB.