Liitiumpatareide keerulises süsteemis mängib eraldaja, ehkki näiliselt silmapaistmatu, aku jõudluses ülioluline roll. Aku katoodi ja anoodi vahel on eraldaja esmased funktsioonid katoodi ja anoodi vahelise otsese kontakti vältimiseks, mis võib põhjustada lühiseid, võimaldades samal ajal liitiumioonidel vabalt läbi laaditamise ajal läbi viia ja aku töötsükli lõpuleviimiseks vabalt läbi viia. Eraldaja jõudluse kvaliteet mõjutab otseselt mitmeid aku jõudluse näitajaid, sealhulgas energiatihedus, võimsustihedus, tsükli tööiga ja ohutus. See artikkel uurib üksikasjalikult liitiumaku eraldajate jõudlust.
1. poorsus ja pooride suurus
Poorsus ja pooride suurus on olulised parameetrid eraldaja jõudluse hindamiseks. Poorsus viitab eraldaja mikropooride arvule või osakaalule. Suurem poorsus tagab rohkem liitiumioonide ülekandekanaleid, mis soodustab aku kiiruse võime parandamist, võimaldades akul säilitada head jõudlust suure voolu laadimise ja tühjendamise ajal. Lisaks suurendab suur poorsusega elektrolüütide niisketavuse ja ioonide migratsiooni kiiruse suurendamisel, parandades sellega aku üldist jõudlust.
Kuid poorsus pole seda kõrgem, seda parem. Liigne suur poorsus võib põhjustada eraldaja mehaanilise tugevuse vähenemist, muutes selle akude kokkupanemise ja kasutamise ajal pragunemisele, mõjutades sellega aku ohutust ja tööiga. Seetõttu on vaja maksimeerida poorsust, tagades samal ajal mehaanilise tugevuse.
Sarnaselt mõjutab pooride suurus aku jõudlust märkimisväärselt. Sobiva suurusega poorid võivad tagada sileda liitiumioonide läbimise, blokeerides samal ajal katoodi ja anoodiosakeste läbipääsu tõhusalt, hoides ära lühikesi vooluahelaid. Kui pooride suurus on liiga suur, võib see põhjustada otsese katoodi-aanoodiga kontakti, käivitades ohutusprobleemid; Teisest küljest suurendavad liiga väikesed poorid liitiumioonide ülekandetakistust, vähendades aku laadimise ja tühjendamise efektiivsust. Lisaks on ülioluline ka pooride ühtlus, kuna ebaühtlane pooride suurus võib põhjustada aku ebaühtlast jaotust, mõjutades jõudlust ja eluiga.
2. paksus
Eraldaja paksus on veel üks oluline tegur, mis mõjutab aku jõudlust. Õhemad eraldajad võivad vähendada aku sisemist takistust, suurendada liitiumioonide ülekande kiirust, suurendades seeläbi aku energiatihedust ja toitetihedust. Lisaks aitavad õhukesed eraldajad vähendada aku kaalu ja mahtu, parandades aku kergekaalu.
Liiga õhukesed eraldajad võivad siiski kahjustada nende mehaanilist tugevust ja termilist stabiilsust. Väliste jõudude või temperatuurimuutuste korral on õhukesed eraldajad kalduvus pragunemisele või deformatsioonile, põhjustades sisemisi lühiseid või termilisi põgenenud ohutusprobleeme. Seetõttu on vaja minimeerida eraldaja paksust, tagades samal ajal mehaanilise tugevuse ja termilise stabiilsuse.
3. keemiline stabiilsus
Aku töö ajal puutub eraldaja kokku elektrolüütide ja katoodi\/anoodmaterjalidega. Seetõttu peab eraldaja olema hea keemiline stabiilsus, mis on võimeline vastu pidama elektrolüütide erosioonile ja mitte reageerima keemiliselt katoodi või anoodiga. Vastasel juhul võib eraldaja olla söövitatud või lagunenud, põhjustades aku vähenemist või isegi rikkeid.
Eraldaja keemilise stabiilsuse parandamiseks rakendatakse tavaliselt pinna modifikatsiooni või kattehooldust. Näiteks polüolefiini eraldaja katmine keraamiliste osakestega, näiteks alumiiniumoksiidi või ränidioksiidiga, võib selle keemilist stabiilsust ja kõrge temperatuuri jõudlust märkimisväärselt suurendada. Lisaks saab hüdrofiilsete või hüdrofoobsete rühmade sisestamiseks eraldaja pinnale kasutada pookimise modifitseerimismeetodeid, parandades selle märguvust või hüdrofoobsust elektrolüüdiga.
4. termiline stabiilsus
Eraldaja termiline stabiilsus mõjutab märkimisväärselt aku ohutuse jõudlust. Ebanormaalsetes tingimustes nagu ülelaadimine või ülekuumenemine, peab eraldaja säilitama konstruktsiooni terviklikkuse, et vältida katoodi-anode edasist kontakti ja vältida termilist põgenemist. Hea termilise stabiilsusega eraldajad võivad kõrgetel temperatuuridel kiiresti poorid sulgeda, katkestades ioonide ülekandekanalid, suurendades sellega aku ohutust.
Eraldaja termilise stabiilsuse parandamiseks kasutatakse tavaliselt järgmisi meetodeid: üks on valmistada eraldajad kõrge temperatuuriga vastupidavatest materjalidest; Teine eesmärk on lisada separaatorile leegi aeglustumise või anorgaanilisi täiteaineid; Kolmas on rakendada ravijärgseid protsesse, näiteks kuumtöötlus või kiirguse ristsidumine.
Näiteks võivad kõrgtemperatuuriga vastupidavad materjalid nagu polüimiid (PI) ja polüarüülethetoon (Peek) säilitada kõrgematel temperatuuridel konstruktsiooni terviklikkust, takistades tõhusalt sisemisi lühiseid äärmuslikes tingimustes. Lisaks saavad keraamilised kattega eraldajad säilitada kõrgel temperatuuril konstruktsiooni terviklikkuse, takistades tõhusalt aku termilist põgenemist ja plahvatusi.
5. märguvus
Eraldaja niisketavus viitab elektrolüüdi võimele eraldaja pinna niisutada. Hea märguvus võimaldab elektrolüütil eraldajat täielikult niisutada, vähendades liitiumioonide ülekandetakistust ja parandades aku jõudlust. Niisutavus mõjutab ka aku tsükli kasutusaega ja ohutust. Halb eraldaja niisutavus võib takistada elektrolüüti täielikku niisutamist, põhjustades potentsiaalselt halva sisemise ioonide ülekande, mõjutades aku laadimist ja tühjendamist tõhusust ning tsükli tööiga. Lisaks võivad halva märgatavusega eraldajad põhjustada laadimise ja tühjendamise ajal lokaliseeritud ülekuumenemist, suurendades aku ohutuse riske.
Eraldaja märgatavuse parandamiseks kasutatakse tavaliselt järgmisi meetodeid: üks on valida eraldajad, kellel on kõrge poorsus ja sobivad pooride suurused; Teine on hüdrofiilse töötlemise või hüdrofiilsete materjalide katteks eraldaja pinnale; Kolmas on elektrolüütide koostise ja koostise optimeerimine. Näiteks võib polüolefiini eraldaja katmine hüdrofiilse polümeeri või anorgaaniliste oksiidi osakeste kihiga märkimisväärselt parandada selle märguvust elektrolüüdi abil.
6. Mehaaniline tugevus
Eraldaja mehaaniline tugevus viitab selle võimele taluda väliseid jõude ilma pragunemise või deformatsioonideta. Aku kokkupaneku ja kasutamise ajal peab eraldaja taluma tõmbe-, surve- ja muid väliseid jõude. Seetõttu peab eraldajal olema piisavalt mehaanilist tugevust, et aku kasutamise ajal puutumata jääda, säilitades stabiilse elektroodide vahe.
Eraldaja mehaanilise tugevuse parandamiseks kasutatakse tavaliselt järgmisi meetodeid: üks on eraldajate valmistamine ülitugevatest materjalidest; Teine eesmärk on rakendada ravijärgseid protsesse, näiteks separaatori venitamine või kokkusurumine; Kolmas eesmärk on lisada separaatorile tugevdavaid aineid või anorgaanilisi täiteaineid. Näiteks võivad mitmekihilised komposiit eraldajad, mis ühendavad erinevate materjalide ja omaduste eraldajad, märkimisväärselt suurendada mehaanilist tugevust, termilist stabiilsust ja leegi aeglust. Lisaks saavad keraamilised kattega eraldajad mingil määral parandaja mehaanilist tugevust parandada.
7. Muud omadused
Lisaks eelnimetatud omadustele peavad liitiumaku eraldajad omama ka muid omadusi, näiteks gaasi läbilaskvus ja elektrolüütide säilitusvõime. Gaasi läbilaskvus viitab eraldaja võimele gaasi läbimist. Aku laadimise ja tühjendamise ajal toodetakse teatud kogus gaasi. Kui separaatori gaasi läbilaskvus on halb, võivad need gaasid koguneda aku sisse, suurendades siserõhku ning mõjutades aku ohutust ja tööiga. Seetõttu peab eraldajal olema teatav gaasi läbilaskvus, et tagada aku laadimise ja tühjendamise ajal gaasi õigeaegne õhutamine.
Elektrolüütide säilitusmaht viitab eraldaja võimele aku töö ajal säilitada teatud koguses elektrolüüti. Kui separaatori elektrolüüdipeetus on halb, võib elektrolüüt eraldajast lekkida või aurustuda, põhjustades halva sisemise ioonide ülekande, mõjutades aku laadimist ja tühjendamist tõhusust ning tsükli tööiga. Seetõttu peab eraldajal olema hea elektrolüütide säilitamisvõimsus, et tagada aku stabiilne jõudlus pikaajalise töö ajal.
8. Järeldus ja väljavaade
Kokkuvõtlikult võib liitiumaku eraldajate jõudlus märkimisväärselt mõjutada aku üldist jõudlust ja ohutust. Poorsus, pooride suurus, paksus, keemiline stabiilsus, termiline stabiilsus, märguvus ja mehaaniline tugevus on jõudlusparameetrid, mis määravad ühiselt eraldaja kvaliteedi. Kuna liitiumpatareide jätkuv nõudlus sellistes tööstusharudes nagu uued energiasõidukid, energiasalvestussüsteemid ja tarbeelektroonika on, on ka eraldajate jõudlusnõuded üha kõrgemad.