Industrielle Fertigung
Industrielles Internet der Dinge | Industrielle Materialien | Gerätewartung und Reparatur | Industrielle Programmierung |
home  MfgRobots >> Industrielle Fertigung >  >> Manufacturing Technology >> Industrietechnik

Batterietrenner – Alles, was Sie wissen müssen

Wir alle kennen Batterien. Wir gewöhnen uns auch daran, wie sie funktionieren. Batterien stellen sicher, dass unsere tragbaren elektronischen Geräte (Telefone, Laptops usw.) voll aufgeladen sind. Aber die meisten von uns verstehen nicht, wie eine Batterie funktioniert. Es würde jedoch helfen, wenn Sie sich keine Sorgen machen würden. Dieser Artikel vereinfacht und erklärt alles, was Sie über Batterieseparatoren wissen müssen.

Tauchen wir ein.

Was genau ist ein Batterieseparator?

Lithium-Ionen-Batteriestruktur

Ein Batterieseparator ist eine durchlässige Membran zwischen seiner Anode und Kathode. Die beiden sind die Elektroden der Batterie.

Der Separator hält beide Elektroden auseinander, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Die Anode ist die positive Elektrode und die Kathode ist die negative Elektrode.

Auch der Separator ist eine kritische Komponente. Es wirkt als Durchgang von Elektronen zu und von entweder der Kathode oder der Anode. Der Batterieseparator muss porös sein, um den Transport der Lithium-Ionen zu ermöglichen.

Die Leistung und Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien hängen von den Eigenschaften und der Struktur des Separators ab.

Was ist die Funktion eines Batterietrenners?

Die Funktion eines Batterietrenners besteht darin, Sicherheit zu gewährleisten, indem Kurzschlüsse vermieden werden.

Aber das ist noch nicht alles.

Die Hauptaufgabe eines Batterieseparators besteht darin, die sichere Bewegung von Ionen zu ermöglichen. Dadurch lädt der Akku Ihr elektronisches Gerät auf.

Die Bewegung der Elektronen von der Anode zur Kathode findet statt, wenn die Batterie geladen wird. Und wenn sich die Elektronen umgekehrt von der Kathode zur Anode bewegen, entlädt sich die Batterie.

Was ist die Struktur eines Batterieseparators?

Die Struktur besteht aus drei Abschnitten – der Kathode, der Anode und einem porösen Separator. Einfach, oder?

Schauen wir uns das Bild unten an.

Struktur der AA-Zellen

Die Elektronenbewegung erfolgt entweder von Anoden- oder Kathodenelektroden. Die Kathode ist die negative Elektrode, während die Anode die positive Elektrode ist, je nach Lade- oder Entladefunktion der Batterie.

Der Separator ist porös, um eine Elektronenbewegung zu ermöglichen. Aus Effizienzgründen besteht der Separator normalerweise aus Polymermembranen, die mikroporöse Schichten bilden.

Obwohl die Poren für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, ermöglichen sie die Bewegung von Lithium-Ionen.

Ohne den Separator ist die Funktionalität einer Batterie hinfällig. Die porösen Polyolefinfolien kontrollieren das Austreten von Ionen, wenn eine Hilfsbatterie ideal ist (Selbstentladung).

Die mikroporöse Schicht lässt keine elektrische Leitfähigkeit zu und wirkt dadurch immer als Isolator.

Der einzige Hinweis ist, dass die Temperatur die Leistung der Separatoren beeinflusst. Steigt die Temperatur auf einen bestimmten Punkt, verstopfen und verschließen sich die Poren. Daher stoppt es die Bewegung von Lithium-Ionen.

Aus welchen Materialien werden kommerzielle Batterieseparatoren hergestellt?

Das Material muss ein Nichtleiter sein. Und sollte eine große thermische Stabilität haben (wird später in diesem Artikel erklärt).

Hersteller verwenden spezielle Polyolefin-Typen, um wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Das Polyolefin-Material entsteht durch Laminieren von Polyethylen und Polypropylen.

Polyolefin ist wegen seiner mechanischen Eigenschaften und seiner chemischen Stabilität bevorzugt. Unternehmen bevorzugen Polyolefin auch wegen seiner geringen Kosten.

Das Bild unten ist ein Polyolefin-Batterieseparator, der daher in wiederaufladbaren Batterien anwendbar ist.

Quelle:Plasticstoday.com

Zu den anderen Materialien neben Polyolefin gehören:

Herstellungsverfahren für einen Batterieseparator

Wie seine Struktur ist auch der Prozess zur Herstellung von Batterieseparatoren einfach. Das Verfahren erfolgt durch Recken oder Nassverarbeitung des Polyolefinmaterials.

Das Trockenverfahren beinhaltet die Verwendung einer mechanischen Kraft, um die Poren zu erzeugen. Und ist für höhere Leistungsdichten geeignet.

Beim Nassverfahren werden dem Polyolefin-Folienmaterial Additive zugesetzt. Es handelt sich also um einen chemischen Prozess der Porenbildung.

Der Trockenprozess ist zwar einfach, führt jedoch dazu, dass die Poren unterschiedliche Größen haben. Die Folge ist eine Verringerung der Wirksamkeit des Abscheiders. Das Trockenverfahren schwächt auch den Separator und minimiert so seine Durchstoßfestigkeit.

Das Nassverfahren ist etwas komplizierter – und auch teuer. Glücklicherweise erzeugt es die gleichen Porengrößen für den Separator. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der Benetzbarkeit.

Randbemerkung – Benetzbarkeit ist die Fähigkeit des Batterieseparators, sich mit seinen Elektrolytlösungen zu „benetzen“. Das Nassverfahren ist zwar effektiv, erhöht jedoch nicht die Elektrolytretention.

Was sind die Eigenschaften eines Batterieseparators?

Die Frage hilft zu verstehen, was einen guten Hilfsbatterieseparator ausmacht. Der Separator ist nicht nur für die Effizienz der Batterie verantwortlich, sondern auch für die Sicherheit.

Wir verstehen beide Anforderungen (Effizienz und Sicherheit) am besten, indem wir ihre unterschiedlichen Eigenschaften untersuchen. Also lass uns gehen.

Lithium-Ionen-Akku

1. Chemische Stabilität

Wie Sie bereits wissen, sollte ein Batterieseparator nichtleitende Eigenschaften haben. Das heißt, der Separator sollte weder mit Anoden- noch mit Kathodenelektroden reagieren.

Außerdem muss der Separator chemisch stabil bleiben. Auch hierdurch wird sichergestellt, dass der Separator nicht mit dem flüssigen Elektrolyten reagiert. Diese Stabilität hilft der Batterie, die Verschlechterung zu überwinden.

2. Dicke und mechanische Festigkeit

Ziel ist es, eine dünne Batterie zu entwickeln, ohne dabei an mechanischer Festigkeit zu verlieren. Mit anderen Worten, wenn ein Li-Ionen-Batterieseparator dünn ist, trägt er dazu bei, seine Leistung und Energiedichte zu verringern.

Vor diesem Hintergrund achten Batteriehersteller auf eine ausreichende Zugfestigkeit der Primärbatterie. Es verhindert, dass sich der Akku ausdehnt, insbesondere während eines Wickelvorgangs.

3. Porosität und Porendichte

Der Separator soll eine hohe Porendichte aufweisen. Dies hält Elektrolyte und ermöglicht die freie Bewegung von Lithiumionen zwischen den Elektroden.

Die Porosität des Separators sollte nicht zu groß, nicht zu klein sein. Die Porengröße sollte groß genug sein, um sich zu schließen, wenn die Batterie heruntergefahren wird.

Wir messen die Porosität eines Separators in Prozent. Die durchschnittliche Porosität beträgt 40 Prozent. Und ja, die Poren sollten gleichmäßig verteilt sein.

4. Thermische Stabilität

Der Separator muss einem breiten Temperaturbereich standhalten und standhalten. Es sollte sich bei sehr hohen Temperaturen nicht kräuseln oder kräuseln. Der Separator sollte bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Polymers vor dem thermischen Durchgehen abschalten . Im Wesentlichen ist dies der Glühprozess.

Herausforderungen (und Lösungen) mit Batterieseparatoren?

Okay, es gibt ständige Entwicklungen, um die Leistung von wiederaufladbaren Li-Ionen-Batterien zu verbessern. Aber das ist mit einer ganzen Reihe von Herausforderungen verbunden.

Die meisten dieser Herausforderungen sind auf neue Bedürfnisse zurückzuführen. Beispielsweise gibt es Bedürfnisse und Anforderungen an Batterien, die hohen Temperaturen standhalten müssen.

Außerdem müssen Batterien lange halten, ohne ihre Zelleigenschaften zu beeinträchtigen.

Zu den Herausforderungen bei der Herstellung von Batterieseparatoren gehören:

a) Die Notwendigkeit, dünnere Separatoren herzustellen

b) Zur Erhöhung der Benetzbarkeit

c) Die Absicht, die Leistung der Batterie bei hohen Temperaturen zu verbessern

Lassen Sie mich diese Herausforderungen näher erläutern.

Die Notwendigkeit einer stabilen thermischen Leistung ist auf die Erfindung von Stromnetzen und Elektroautos zurückzuführen. Beide Erfindungen erfordern Hochleistungsbatterien, die hohen Temperaturen standhalten können.

Hersteller verbessern die Zellleistung durch den Einsatz neuer Materialien. Die thermischen Stabilitäten sind besser als bei Polyolefin.

Die Notwendigkeit einer verbesserten Benetzbarkeit ist auf die Inkompatibilität des Polyolefins zurückzuführen. Die Wahl des Polymers ist nicht kompatibel mit gängigen Elektrolytmaterialien.

Die neuen, konventionellen Elektrolyte zeichnen sich durch hohe Dielektrizitätskonstanten aus. Dies trägt dazu bei, den Herstellungsprozess der Batterie zu verkürzen.

Gleichzeitig führt die Unverträglichkeit von Polyolefin zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung. Das Ergebnis ist eine Primärbatterie, die Ihr elektrisches Gerät nicht lange genug auflädt.

Schließlich besteht immer eine Nachfrage nach dünneren Batterien. Das ist erwartungsgemäß herausfordernd. Batterien benötigen dickere Elektroden, um mehr Ladung zu halten. Dennoch entwickeln Unternehmen spezielle Polyolefin-Qualitäten, um das hohe Molekulargewicht von Lid zu verbessern.

Gibt es irgendwelche Entwicklungen bei Lithium-Ionen-Batterien?

Hersteller verbrennen das Mitternachtsöl, um die Leistung von Batterieseparatoren zu verbessern.

Unternehmen entwickeln einzigartige (und möglicherweise patentierte) Wege zur Verbesserung der Benetzbarkeit und thermischen Stabilität. Werfen wir einen Blick auf einige der bisherigen Verbesserungen.

Lithium-Ionen-Akku

a) Dekorieren des Separators mit Silica-Nanopartikeln

Dabei werden Silica-Nanopartikel an die Poren und Porenwände der Separatoren angelagert. Das erwartete Ergebnis ist eine verbesserte Benetzbarkeit gegenüber dem Elektrolyten der Batterie. Das Verfahren verbessert auch die Hitzebeständigkeit der Batterie.

Während das Separatormaterial die Hitzebeständigkeit erhöht, steigern die Silica-Nanopartikel die Benetzbarkeit.

b) Verwendung des Phasenumkehrverfahrens zur Herstellung neuartiger PEIs (Polyetherimide)

Das Verfahren beinhaltet die Verwendung von PD und BPADA zur Herstellung von Separatoren. Es ist hilfreich, weil der Batterieseparator jetzt bessere Eigenschaften hat. Beispielsweise kann der Separator mit einem breiten Spektrum an Leitfähigkeiten umgehen.

Die PEIs tragen auch dazu bei, den Quellungsgrad der Batterie zu minimieren. Daher führt dies zu einem schnellen Elektrolyttransport.

Besser noch, der Batterieseparator weist eine thermische Stabilität von bis zu 220 °C auf.

c) Wasserstoffinduzierte Vernetzung (HHC)

Die Technik ist eine kovalente Vernetzung eines Polyethylenoxids auf einem PP-Separator. Der Effekt ist eine Erhöhung der Elektrolytaffinität des Polyolefins.

Mit einer solchen Modifikation haben Li-Ionen-Batterien eine hohe Kapazitätserhaltung. Die Batterien haben außerdem einen geringen Innenwiderstand.

Schlussfolgerung

Wie wir gesehen haben, ist ein Batterieseparator eine durchlässige Membran, die als Isolator fungiert. Es trennt die Kathode (negative Elektrode) von der Anode (positive Elektrode).

Der Separator ist ein lebenswichtiges Material, denn er bestimmt die Leistungsfähigkeit der Batterie. Mit einem wenig zuverlässigen Separator ist eine Sekundärbatterie von ebenso geringer Qualität.

Batteriehersteller entdecken eine neue Batterieseparatortechnologie, um ihre Leistung zu verbessern. Beispielsweise sind solche Sekundärbatterien in PCBs (gedruckten Schaltungsplatten) anwendbar, erhältlich bei WellPCB.


Industrietechnik

  1. Alles, was Sie über feuerfeste Metalle wissen müssen
  2. PLA-3D-Druck:Alles, was Sie wissen müssen
  3. Nylon-3D-Druck:Alles, was Sie wissen müssen
  4. Alles, was Sie über Notfallwartung wissen müssen
  5. Metallurgische Einbettpresse:Alles, was Sie wissen müssen
  6. Lagerautomatisierung:Alles, was Sie wissen müssen
  7. Über- und Unterspannung:Alles, was Sie wissen müssen
  8. Vorbeugende Wartung:Alles, was Sie wissen müssen
  9. Spritzguss vs. 3D-Druck:Alles, was Sie wissen müssen
  10. Alles, was Sie über alle Komponenten von Elektrofahrzeugen wissen müssen