Causas y soluciones para las arrugas del separador de la batería de litio

El litio separador de batería Actúa como barrera protectora entre los electrodos positivo y negativo, conduciendo iones, pero no electrones. En condiciones ideales, tras el llenado y la formación del electrolito, el separador debería mantener un contacto completo y plano con los electrodos. Sin embargo, al desmontar las baterías, a menudo se observan arrugas importantes en el separador. (Esto también se puede observar claramente en las arrugas del electrodo negativo).

A continuación, analizamos las arrugas del separador en tres aspectos: los peligros, las causas y las soluciones.

1. Peligros de las arrugas del separador:

Aumento de la resistencia interna: La estructura microporosa del separador se daña en las zonas rugosas, lo que dificulta el transporte de iones de litio. Esto aumenta la resistencia interna entre un 15 % y un 30 %, lo que reduce significativamente la eficiencia de carga y descarga.

Desvanecimiento de capacidad: La infiltración desigual de electrolitos en las zonas rugosas reduce el aprovechamiento de los materiales activos. Datos experimentales de una batería de cátodo NMC mostraron una tasa de pérdida de capacidad de hasta un 8 % cada 100 ciclos.

Crecimiento de dendritas de litio y riesgo de cortocircuito: Las arrugas provocan aumentos localizados en la densidad de corriente, lo que aumenta la probabilidad de crecimiento de dendritas de litio en la superficie del ánodo de grafito y aumenta el riesgo de cortocircuitos.

2. Causas de las arrugas del separador:

Defectos de material: Los separadores con una rugosidad superficial > 0,3 μm (valor Ra estándar 0,1-0,3 μm) o una resistencia a la tracción < 300 MPa son más propensos a arrugarse.

Defectos del proceso: Las fluctuaciones excesivas de la tensión del bobinado (superiores al ±3% cuando la norma exige ±1%) provocan una tensión desigual del rodillo. Otros problemas incluyen gradientes excesivos de temperatura del horno (>5 °C cuando el valor admisible es ≤2 °C).

Proceso de prensado en caliente irrazonable: Los ajustes incorrectos de los parámetros de prensado en caliente (presión, temperatura, tiempo) dan como resultado un modelado deficiente del rodillo del electrodo.

Proceso de llenado de electrolitos irrazonable: El proceso de llenado generalmente implica (extracción al vacío - llenado primario - reposo - precarga - extracción al vacío - llenado secundario). Si la presión negativa de vacío es demasiado alta o la velocidad es demasiado rápida, se puede provocar fácilmente la separación entre el separador y los electrodos. Además, se genera gas después de la precarga, y la extracción al vacío durante el llenado secundario puede eliminar tanto este gas como parte del electrolito. Al extraer el gas, se pueden formar canales, lo que también provoca arrugas visibles.

Infiltración electrolítica incompleta: Si el electrolito no se infiltra completamente, dejando áreas secas, espacios o burbujas entre los electrodos y el separador, pueden formarse fácilmente arrugas durante el aspirado.

Defectos de la superficie del electrodo: Los defectos inherentes a los electrodos (como protuberancias, picaduras, etc.) pueden afectar fácilmente el ajuste del separador a ellos, lo que genera arrugas.

3. Soluciones para las arrugas del separador:

Las soluciones suelen estar relacionadas con las causas e incluyen la mejora de las propiedades fundamentales del separador y la optimización de los procesos de bobinado, prensado en caliente, horneado y llenado de electrolitos. Explore nuestra línea de producción de baterías Soluciones para procesos optimizados.

Al extender el tiempo de infiltración y aumentar adecuadamente la temperatura de infiltración (por ejemplo, infiltración a 45 °C), se puede lograr el estado de infiltración óptimo para los electrodos.

Además de las mejoras de proceso, el uso de separadores recubiertos puede abordar eficazmente el problema de las arrugas. Por ejemplo, los separadores con recubrimiento de PVDF de una sola cara mejoran significativamente la adhesión tras el prensado en caliente, eliminando o reduciendo por completo las arrugas. Obtenga más información sobre nuestros avanzados... material de la batería ofertas, incluidos separadores revestidos.

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