隔膜对锂电池的影响和作用 | Aro 隔膜
리튬 배터리에 대한 다이어프램의 효과와 영향
두께
두께는 내부 저항과 관련이 있으며, 얇을수록 내부 저항이 작아져 고전력 충방전이 가능합니다. 특정 기계적 강도 하에서 가능한 한 작아야 하며, 두꺼울수록 관통 강도가 좋습니다. 소모성 리튬이온 배터리의 경우 일반적으로 25μm가 분리막 두께의 표준으로 사용됩니다. 그러나 휴대용 제품에 대한 수요가 증가함에 따라 16μm 이하의 분리막도 광범위하게 사용되기 시작했습니다. 전력 배터리의 경우 조립 공정에서의 기계적 요구 사항으로 인해 필요한 분리막이 더 두꺼워지며, 안전 성능은 전력 배터리에 매우 중요하므로 더 두꺼운 분리막은 더 나은 안전성을 의미합니다.
분리막 두께의 균일성은 특히 중요한 품질 지표로, 분리막 롤의 외관 품질과 내부 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 생산 과정에서 엄격히 제어되어야 합니다. 고도로 자동화된 분리막 생산 라인에서는 분리막 두께가 고정밀 온라인 비접촉 두께 게이지와 빠른 피드백 제어 시스템에 의해 자동으로 감지되고 제어됩니다. 분리막 두께의 균일성에는 세로 방향 두께 균일성과 가로 방향 두께 균일성이 포함되며, 그중 가로 방향 두께 균일성이 특히 중요하며 일반적으로 ±1 마이크론 이내로 제어되어야 합니다.
기공 크기
리튬 배터리 분리막 재료 자체는 미세 다공성 구조를 가지고 있으며, 전체 분리막 재료에서 미세 기공의 분포가 균일해야 합니다. 현재 사용되는 전극 입자는 일반적으로 10 마이크론 정도이며, 기공 직경은 일반적으로 0.03-0.12um입니다. 기공 크기가 너무 작으면 저항이 증가하고, 너무 크면 양극과 음극이 접촉하거나 덴드라이트에 의해 관통되어 단락되기 쉽습니다. 일반적으로 서브마이크론 기공 크기 막은 전극 입자의 직접적인 통과를 방지하기에 충분합니다. 물론 전극 표면 처리 불량 및 먼지 증가로 인한 미세 단락과 같은 일부 문제는 배제되지 않습니다.
다공성
기공률은 단량체 필름 부피에서 기공이 차지하는 부피 백분율로, 원료 수지와 필름의 밀도와 관련이 있습니다. 기공률의 크기는 내부 저항과 어느 정도 관계가 있지만, 다른 종류의 막 사이의 기공률 절대값은 직접 비교할 수 없습니다. 기존 리튬이온 배터리 분리막의 기공률은 40%-50% 사이입니다.
통기 저항
이론적으로 분리막은 배터리의 필수 부품이 아닙니다. 향후 산업 생산을 충족시키기 위해 추가될 것입니다. 따라서 분리막은 매우 중요한 성능을 충족해야 합니다: 배터리의 전기화학적 성능을 저하시켜서는 안 되며, 이는 주로 내부 저항으로 나타납니다. 이 성능을 평가하는 데 두 가지 매개변수가 사용됩니다:
MacMullin 수: 전해질을 포함한 분리막의 저항률과 전해질 자체의 저항률 사이의 비율. 값이 작을수록 좋으며, 소모성 리튬이온 배터리의 값은 약 8입니다.
Gurley 수: 특정 압력 조건에서 일정 부피의 가스가 일정 면적의 분리막을 통과하는 데 필요한 시간. 분리막으로 조립된 배터리의 내부 저항에 비례합니다. 즉, 값이 클수록 내부 저항이 커집니다. 그러나 두 다른 분리막의 Gurley 수를 단순히 비교하는 것은 의미가 없습니다. 그들의 미세 구조가 완전히 다를 수 있기 때문입니다. 그러나 동일한 유형의 분리막의 Gurley 수는 내부 저항의 크기를 잘 반영할 수 있습니다.
온도
폐쇄 셀 온도: 배터리 내부의 발열 반응, 과충전 또는 외부 단락은 많은 열을 발생시켜 미세 기공을 닫히게 하고, 이로 인해 이온의 지속적인 전달을 차단하여 개방 회로를 형성하여 배터리를 보호하는 역할을 합니다. 기공이 닫히는 온도가 폐쇄 기공 온도입니다. 그러나 소형 배터리의 경우 열 차단 메커니즘의 효과는 제한적입니다. 일반적으로 PE는 130-140â, PP는 150â입니다. 폐쇄 셀 온도가 낮을수록 좋습니다.
막 파열 온도는 배터리 내부의 자체 발열과 외부 단락으로 인해 배터리 내부 온도가 상승하는 것을 말합니다. 폐쇄 온도를 초과하면 미세 기공이 막혀 전류 흐름을 차단하고, 열용융 성능의 온도가 더욱 상승하여 분리막이 파열되고 배터리가 단락됩니다. 파열 시의 온도가 파열 온도입니다. 파열 온도가 높을수록 좋습니다.
관통 강도
특정 속도(분당 3-5미터)에서 날카로운 모서리가 없는 직경 1mm의 바늘이 링 모양으로 고정된 분리막을 관통합니다. 바늘이 분리막을 관통하는 데 가해지는 최대 힘을 관통 강도라고 합니다. 충분한 관통 강도는 리튬 덴드라이트와 극판 버가 분리막을 관통하여 단락을 일으키는 것을 방지할 수 있습니다. 관통 저항 값은 일반적으로 300-500g입니다. 그러나 테스트에 사용된 방법은 실제 배터리 상황과 매우 다르므로 두 유형의 분리막의 관통 강도를 직접 비교하는 것은 특히 합리적이지 않습니다.
기계적 강도
기계적 강도는 주로 격리막의 인장 강도를 의미하며, 충분한 인장 강도는 격리막의 변형을 방지할 수 있습니다. 격리막의 인장 강도는 필름 제조 공정과 관련이 있습니다. 일축 연신을 사용할 때, 격리막의 연신 방향 강도는 수직 방향과 다릅니다. 이축 연신을 사용할 때는 두 방향의 격리막 일관성이 유사해집니다. 일반적으로 인장 강도는 주로 세로 방향 강도가 100MP 이상이어야 하며, 가로 방향 강도는 너무 크지 않아야 합니다. 너무 크면 가로 수축률이 증가하여 리튬 배터리 제조업체가 양극과 음극을 접촉할 가능성이 높아집니다.
함침
배터리의 내부 저항이 너무 크지 않도록 하기 위해, 격리막이 배터리에 사용되는 전해질에 완전히 젖을 수 있어야 합니다. 한편으로 젖음성의 정도는 격리막 재료 자체와 관련이 있고, 다른 한편으로는 격리막의 표면 및 내부 미세 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 더 나은 젖음성은 격리막과 전해질의 친화력을 향상시키고, 격리막과 전해질 사이의 접촉 면적을 확장하여 이온 전도성을 높이고, 배터리의 충방전 성능과 용량을 개선하는 데 유리합니다. 젖음성은 액체 흡수율과 액체 보유율을 측정하여 평가할 수 있습니다.
일관성
제조 공정의 차이로 인해 격리막의 일관성은 상당히 다를 수 있습니다. 일관성에는 폐쇄 온도와 같은 자체 특성뿐만 아니라 전자 현미경으로 관찰한 구멍과 두께의 일관성과 같은 외관상 일관성도 포함됩니다. 격리막의 일관성이 높을수록 다른 측면의 성능도 더 좋아집니다.
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