鋰離子電池隔膜失效分析

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極極板和間隙、電解液、外殼以及正負(fù)極值組成。在鋰離子電池內(nèi)部，這種屏障不僅可以防止正極和負(fù)極之間的接觸，從而達(dá)到電子絕緣的效果，而且還保持了孔隙度，使得電解質(zhì)中的離子能夠通過(guò)這種屏障，在正極和負(fù)極之間來(lái)回移動(dòng)。在滿足上述基本要求的同時(shí),這個(gè)缺口將達(dá)到安全的要求,例如,充放電循環(huán)過(guò)程中表面的陰極將鋰枝晶,鋒利的鋰枝晶的發(fā)展在一定程度上滲透障礙可能導(dǎo)致短路陰極之間的攻擊,釋放大量的熱量,然后引發(fā)一個(gè)鋰離子電池?zé)崾Э?導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。或電池壓縮和針灸的過(guò)程中,由于釋放大量的熱短路的一部分,攻擊熱量的差距縮短,導(dǎo)致大面積的積極的和消極的接觸,直接導(dǎo)致電池起火和爆炸,所以差距在鋰離子電池的性能和安全性有重要影響。

 

為了滿足鋰離子電池的性能和安全要求的壁壘,人們開(kāi)發(fā)了各種復(fù)雜的障礙,如PP、PE、PP三層復(fù)合材料缺口,當(dāng)電池溫度高于130℃時(shí),中間層的PE層將融化,和人民黨屏障兩岸的高熔點(diǎn),支持效應(yīng),熔化的PE堵塞毛孔的PP缺口,然后阻止放電的影響。另一個(gè)例子是陶瓷涂層的間隙，將Al2O3等無(wú)機(jī)氧化物涂層在基板的一般間隙上，這樣可以在高溫下支撐間隙，減小間隙，縮短間隙，進(jìn)而提高鋰離子電池的安全性。

 

 

麻省理工學(xué)院的張曉偉等人最近對(duì)各種工藝和結(jié)構(gòu)的間隙力學(xué)性能進(jìn)行了研究，分析了導(dǎo)致間隙失效的力學(xué)參數(shù)。這些壁壘包括干法PE壁壘和三層復(fù)合壁壘、濕法陶瓷涂層壁壘、無(wú)紡布技術(shù)壁壘，這些壁壘基本覆蓋了當(dāng)前市場(chǎng)上經(jīng)常見(jiàn)到的壁壘。試驗(yàn)主要對(duì)上述屏障進(jìn)行了縱向(MD)、橫向(TD)和對(duì)角(DD)方向的單向抗拉強(qiáng)度、厚度拉緊試驗(yàn)和軸向穿破試驗(yàn)，提醒了各類屏障的失效力學(xué)參數(shù)。張曉偉等基于上述結(jié)果建立了PE間隙的有限元模型，并在單軸拉伸試驗(yàn)和厚度收縮試驗(yàn)中準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了PE間隙的反應(yīng)結(jié)果。

 

具體測(cè)試過(guò)程如下:首先，根據(jù)ASTM的D882薄膜數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將參與試驗(yàn)的間隙數(shù)據(jù)制成具有規(guī)則形狀的長(zhǎng)方形樣品。拉伸試驗(yàn)采用Instron 5944型單向拉伸機(jī)進(jìn)行，拉伸力加載速度為25mm/min。試驗(yàn)結(jié)果表明，PE隔板和三層復(fù)合隔板在各個(gè)方向的抗拉強(qiáng)度差異較大，如縱向MD，抗拉強(qiáng)度為120MPa，橫向TD和對(duì)角方向僅為20MPa。濕布間隙在各個(gè)方向的抗拉強(qiáng)度相似(140MPa)，而非織造布間隙的抗拉強(qiáng)度最差(35MPa)。無(wú)紡布縫在垂直方向和水平方向的強(qiáng)度相似，但對(duì)角拉伸強(qiáng)度較弱。

 

為了測(cè)試間隙的厚度收緊性能，張曉偉將間隙纏繞成直徑為16mm的40層圓柱形結(jié)構(gòu)。將巖心加壓0.5mpa，保證間隙層之間不存在間隙，然后逐步加壓至100MPa。通過(guò)壓力測(cè)試,干法制備和三層PE復(fù)合勢(shì)壘在軸構(gòu)成橢圓,但濕陶瓷涂層疏遠(yuǎn)和無(wú)紡布技術(shù)差距仍然保持測(cè)試后的循環(huán)結(jié)構(gòu),這主要是由于干燥分離各向異性較大,濕疏遠(yuǎn)和無(wú)紡布疏遠(yuǎn)近似形式的抗拉強(qiáng)度在各個(gè)方向。屏障核心的應(yīng)變測(cè)試過(guò)程中還發(fā)現(xiàn),壓力加載,有明顯的屈服點(diǎn)約為20 mpa PE由干法和三層復(fù)合障礙,和應(yīng)變也大于濕過(guò)程和無(wú)紡布的過(guò)程,顯示在測(cè)試中沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)。