Zastosowanie powłok ceramicznych w bateriach litowych
Obecnie wielu producentów baterii litowych stosuje nabiegunniki ceramiczne malowane proszkowo lub separatory ceramiczne i inne materiały związane z „proszkiem ceramicznym” w celu poprawy bezpieczeństwa baterii litowych. W rzeczywistości proszek ceramiczny nie jest „ceramiką”, ale materiałami z nanotlenku glinu i bemitu.
Tlenek glinu i bemit mają szereg doskonałych właściwości, takich jak wysoka stabilność termiczna, stabilność chemiczna, odporność na korozję i wysoka twardość, i są szeroko stosowane w materiałach ceramicznych, materiałach biomedycznych, materiałach półprzewodnikowych, nośnikach katalizatorów i materiałach warstwy ochronnej powierzchni. i materiały optyczne.
Obecnie specjalne produkty z tlenku glinu i bemitu są używane głównie do powlekania elektrod lub separatorów w celu poprawy bezpieczeństwa separatorów i zmniejszenia współczynnika wewnętrznego zwarcia.
1. Powłoka krawędzi nabiegunnika ma duże znaczenie dla bezpieczeństwa i wydajności baterii.
Materiały takie jak bemit mogą być również używane do powlekania nabiegunników ogniw baterii litowych, aby poprawić parametry bezpieczeństwa i wydajność baterii litowych.
(1) Powlekanie krawędzi nabiegunnika dodatniego: Ponieważ nabiegunnik dodatni jest generalnie mniejszy niż nabiegunnik ujemny, krawędź szerokiej strony nabiegunnika jest podatna na zadziory podczas cięcia. Po przebiciu membrany i zetknięciu się z biegunem ujemnym bateria ulegnie zwarciu.
Powierzchnia bemitu jest gładka, a krawędź elektrody dodatniej można wypełnić po pokryciu, dzięki czemu powierzchnia po cięciu jest gładka i pozbawiona zadziorów.
(2) Powlekanie krawędzi arkusza elektrody ujemnej: powierzchnia elektrody ujemnej jest szorstka, pokryta bardzo małym rozmiarem cząstek Bomite, otwór elektrody ujemnej staje się jednolity, może poprawić hydrofilowość elektrolitu, dzięki czemu litowo-jonowy jest bardziej płynny w procesie ładowania i rozładowywania. Powłoka krawędzi anody nie stała się głównym nurtem i została zastosowana do baterii konsumenckich w ATL.
2. Membrana ceramiczna.
Separator ceramiczny to skuteczny sposób na poprawę wydajności baterii. Separator ceramiczny może nie tylko poprawić bezpieczeństwo akumulatora, ale także poprawić wydajność cyklu akumulatora i zmniejszyć szybkość samorozładowania. Separatory ceramiczne mogą poprawić wydajność cyklu i bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych, ale proces przygotowania jest trudny do kontrolowania, a ceramika na separatorach jest również podatna na odpadanie podczas cyklu.
(1) Różnice morfologiczne.
Powszechnie spotykane na rynku separatory są wykonane z PP, PE lub ich kombinacji.
Powlekanie proszkiem nano-tlenku glinu lub bemitu na powierzchni separatora może skutecznie poprawić bezpieczeństwo baterii litowych. Po rozpuszczeniu i wymieszaniu proszku ceramicznego z PVDF i NMP oraz równomiernym rozproszeniu, maszyna do powlekania jest włączana, aby pokryć proszek ceramiczny na membranie PE. Grubość powłoki ceramicznej można kontrolować, a następnie membranę ceramiczną uzyskuje się przez suszenie w temperaturze 80 stopni przez 24 godziny.
Powlekany nano-Al2O3 całkowicie pokrywa powierzchnię separatora PE, a między cząstkami występuje niejednorodny rozkład większych pustych przestrzeni. Istnienie tych większych pustych przestrzeni może ułatwić wprowadzanie i ekstrakcję Li plus i ma dobry wpływ na elektrolit. Wydajność absorpcji i retencji cieczy, aby nie wpływać na wydajność ładowania i rozładowywania baterii litowej po pokryciu separatora.
(2) Stopień skurczu cieplnego.
Powłoka ceramiczna korzystnie wpływa na poprawę odporności membrany na wysokie temperatury. Umieścić membranę ceramiczną i membranę zwykłą w pudełku w różnych temperaturach na 2 godziny, a skurcz obu membran jest bardzo różny. Membrana skurczy się w wysokiej temperaturze, ponieważ membrana ma naprężenia wewnętrzne z powodu rozciągania i rozciągania podczas procesu przygotowania.
Gdy powłoka nieorganiczna nałożona po obu stronach powierzchni membrany ma wysoką odporność na temperaturę i izolację cieplną, temperatura samej membrany podstawy jest obniżana, dzięki czemu membrana nadal zachowuje swój pierwotny kształt w środowisku o wysokiej temperaturze.
(3) Membrany ceramiczne poprawiają bezpieczeństwo baterii.
Gdy temperatura jest wyższa niż jego temperatura topnienia, separator PE skurczy się na dużym obszarze, tak że dodatnie i ujemne bieguny wewnątrz akumulatora będą się bezpośrednio stykać, powodując wewnętrzne zwarcie, a więc rezystancję wewnętrzną mierzonego akumulatora szybko spada; natomiast dla separatora powlekanego nawet przy 150 Kształt samego separatora nie zmieni się po wypaleniu na stopniu , dzięki czemu nie będzie zwarcia wewnątrz akumulatora, dzięki czemu rezystancja wewnętrzna akumulatora wciąż rośnie.
Separator PE straci stabilność mechaniczną w środowisku o wysokiej temperaturze, co spowoduje zwarcie z powodu bezpośredniego kontaktu między dodatnią i ujemną elektrodą wewnątrz akumulatora, podczas gdy separator z powłoką ceramiczną ma wysoką odporność na temperaturę, co może skutecznie zapobiegać zwarciom wewnątrz akumulatora baterii i poprawić wydajność bezpieczeństwa baterii.
(4) Wpływ separatora ceramicznego na żywotność baterii.
Separator akumulatorów litowo-jonowych nie tylko izoluje bieguny dodatnie i ujemne wewnątrz akumulatora, ale także musi mieć dobrą przepuszczalność jonów. Ponieważ grubość separatora zwiększy się po powleczeniu separatora powłoką nieorganiczną, może to wpływać na przewodnictwo jonów.
Wszystkie separatory PP/PE są niepolarne, mają hydrofobową powierzchnię i niską energię powierzchniową, a ponadto trudno jest zwilżyć i utrzymać polarne elektrolity organiczne, takie jak węglan etylenu i węglan propylenu, co bezpośrednio wpływa na wydajność cyklu i wykorzystanie akumulatora. Ze względu na obecność grup hydroksylowych powierzchnia ceramiki nieorganicznej jest hydrofilowa, a jej wprowadzenie może znacznie poprawić zdolność zwilżania i utrzymywania separatora lub elektrody w elektrolicie oraz znacznie poprawić wydajność cyklu baterii.
Jednocześnie cząstki nanotlenku glinu mają dużą powierzchnię właściwą, co może poprawić zwilżalność i zatrzymywanie cieczy elektrolitu na nabiegunniku, a także jest korzystne dla żywotności baterii.
Powłoki ceramiczne mają istotny wpływ na wydajność akumulatorów litowo-jonowych, zwłaszcza na parametry bezpieczeństwa akumulatorów litowych. Ceramicyzacja powierzchni elektrody i separatora może nie tylko znacznie zmniejszyć wewnętrzną szybkość zwarć akumulatora i poprawić bezpieczeństwo, ale także poprawić zwilżalność elektrolitu elektrody i separatora, zmniejszyć polaryzację i poprawić kompleksowe działanie baterii, takie jak jazda na rowerze.
