배터리 분리기 – 알아야 할 모든 것

우리는 모두 배터리에 대해 알고 있습니다. 우리는 또한 그들이 작동하는 방식에 익숙합니다. 배터리는 휴대용 전자 제품(전화, 노트북 등)이 완전히 충전되었는지 확인합니다. 그러나 우리 대부분은 배터리가 어떻게 작동하는지 이해하지 못합니다. 그래도 걱정하지 않으면 도움이 될 것입니다. 이 문서는 배터리 분리기에 대해 알아야 할 모든 것을 단순화하고 설명합니다.

자세히 알아보십시오.

배터리 분리기가 정확히 무엇인가요?

리튬 이온 배터리 구조

배터리 분리막은 양극과 음극 사이의 투과성 막입니다. 두 개는 배터리의 전극입니다.

분리기는 전기 단락을 방지하기 위해 두 전극을 분리합니다. 양극은 양극이고 음극은 음극입니다.

또한 분리기는 중요한 구성 요소입니다. 그것은 캐소드 또는 애노드를 오가는 전자의 통로 역할을 합니다. 배터리 분리막은 리튬 이온을 운반할 수 있도록 다공성이어야 합니다.

리튬 이온 배터리의 성능과 효율성은 분리막의 특성과 구조에 달려 있습니다.

배터리 분리기의 기능은 무엇입니까?

배터리 분리막의 기능은 단락을 방지하여 안전을 보장하는 것입니다.

하지만 그게 다가 아닙니다.

배터리 분리막의 주요 역할은 이온의 안전한 이동을 허용하는 것입니다. 이것은 배터리가 전자 장치를 충전하게 만드는 것입니다.

양극에서 음극으로 전자의 이동은 배터리가 충전될 때 발생합니다. 그리고 전자가 반대로 음극에서 양극으로 이동할 때 배터리가 방전됩니다.

배터리 분리막의 구조는 무엇입니까?

구조는 모두 음극, 양극 및 다공성 분리막의 세 부분으로 구성됩니다. 간단하죠?

아래 그림을 봅시다.

AA 세포 구조

전자 이동은 양극 또는 음극 전극에서 발생합니다. 배터리의 충전 또는 방전 역할에 따라 음극은 음극이고 양극은 양극입니다.

분리기는 전자 이동을 허용하기 위해 다공성입니다. 효율성을 위해 분리기는 일반적으로 미세 다공성 층을 형성하는 고분자 멤브레인으로 구성됩니다.

모공은 사람의 눈에는 보이지 않지만 리튬 이온의 이동을 허용합니다.

분리막이 없으면 배터리의 기능이 무효화됩니다. 다공성 폴리올레핀 필름은 보조 배터리가 이상적일 때(자가 방전) 이온 누출을 제어합니다.

미세 다공성 층은 전기 전도성을 허용하지 않으므로 항상 절연체 역할을 합니다.

유일한 참고 사항은 온도가 분리기의 성능에 영향을 미친다는 것입니다. 온도가 일정 온도 이상 올라가면 모공이 막혀 닫힙니다. 따라서 리튬 이온의 이동을 멈춥니다.

배터리 상용 분리막을 만드는 재료는 무엇입니까?

재료는 부도체여야 합니다. 그리고 열 안정성이 우수해야 합니다. (이 기사의 뒷부분에서 설명함).

제조업체는 충전식 리튬 이온 배터리를 생산하기 위해 특수 폴리올레핀 등급을 사용합니다. 폴리올레핀 소재는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 함께 적층하여 만들어집니다.

폴리올레핀은 기계적 특성, 화학적 안정성 때문에 선호됩니다. 기업들은 또한 저렴한 가격 때문에 폴리올레핀을 선호합니다.

아래 이미지는 2차 전지에 적용 가능한 폴리올레핀 전지용 분리막입니다.

출처:Plasticstoday.com

폴리올레핀 외에 기타 재료는 다음과 같습니다.

• 폴리염화비닐
• 나일론 세라믹 코팅층
• 폴리에스터
• 석면
• 유리 및
• 테트라플루오로에틸렌.

배터리 분리막 제조 공정

구조와 마찬가지로 전지 분리막의 제조 공정도 간단합니다. 공정은 폴리올레핀 소재를 연신 또는 습식 가공하는 방식입니다.

건식 절차에는 기계적 힘을 사용하여 모공을 만드는 것이 포함됩니다. 그리고 더 높은 전력 밀도에 적합합니다.

습식 공정은 폴리올레핀 필름 재료에 첨가제를 추가하는 것을 포함합니다. 따라서 모공을 만드는 화학적 과정입니다.

간단하지만 건식 공정으로 인해 모공의 크기가 다릅니다. 그 결과 분리기의 효율성이 감소합니다. 또한 건식 절차는 분리기를 약화시켜 구멍 강도를 최소화합니다.

습식 공정은 조금 더 복잡하고 비용도 많이 듭니다. 운 좋게도 분리기에 대해 동일한 기공 크기를 생성합니다. 그 결과 습윤성이 향상되었습니다.

참고 사항 – 습윤성은 배터리 분리막이 전해질 용액으로 "습윤"하는 능력입니다. 습식 공정은 효과적이지만 전해질 보유를 증가시키지는 않습니다.

배터리 분리기의 속성은 무엇입니까?

이 질문은 좋은 보조 배터리 분리막이 무엇인지 이해하는 데 도움이 됩니다. 분리막은 배터리의 효율 뿐만 아니라 안전성까지 책임집니다.

서로 다른 속성을 조사하여 두 요구 사항(효율성과 안전성)을 가장 잘 이해합니다. 가자.

리튬 이온 배터리

1. 화학적 안정성

이미 알고 있듯이 배터리 분리막은 비전도성을 가져야 합니다. 즉, 분리막은 양극 또는 음극과 반응하지 않아야 합니다.

또한 분리막은 화학적으로 안정적이어야 합니다. 다시 한번, 이것은 분리기가 액체 전해질과 반응하지 않도록 합니다. 이러한 안정성은 배터리 성능 저하를 극복하는 데 도움이 됩니다.

2. 두께 및 기계적 강도

기계적 강도를 잃지 않으면서 얇은 배터리를 개발하는 것이 목표다. 즉, 리튬 이온 배터리 분리막이 얇을 때 전력 및 에너지 밀도를 완화하는 데 도움이 됩니다.

이를 염두에 두고 배터리 제조업체는 1차 배터리의 인장 강도가 충분한지 확인합니다. 특히 와인딩 과정에서 배터리가 늘어나는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

3. 다공성 및 기공 밀도

의도는 분리기가 높은 기공 밀도를 갖도록 하는 것입니다. 이것은 전해질을 보유하고 전극 사이에서 리튬 이온의 자유로운 이동을 허용합니다.

분리막의 다공성은 너무 크지도 작지도 않아야 합니다. 구멍 크기는 배터리가 꺼질 때 닫힐 수 있을 만큼 넓어야 합니다.

분리막의 다공성을 백분율로 측정합니다. 평균 다공성은 40%입니다. 그리고 모공은 균일하게 분포되어야 합니다.

4. 열 안정성

분리기는 광범위한 온도를 견디고 견뎌야 합니다. 매우 높은 온도에서 말리거나 주름지지 않아야 합니다. 분리기는 열 폭주 전에 폴리머의 융점보다 낮은 온도에서 종료되어야 합니다. . 본질적으로 이것은 어닐링 프로세스입니다.

배터리 분리기에 대한 과제(및 솔루션)?

알겠습니다. 충전식 리튬 이온 배터리의 성능을 향상시키기 위한 지속적인 개발이 있습니다. 하지만 여기에는 몇 가지 문제가 있습니다.

이러한 문제의 대부분은 새로운 요구 사항으로 인한 것입니다. 예를 들어 배터리가 고온을 견뎌야 하는 요구 사항이 있습니다.

또한 전지의 특성을 손상시키지 않으면서 배터리를 오래 사용할 필요가 있습니다.

배터리 분리막 제조가 직면한 몇 가지 문제는 다음과 같습니다.

a) 더 얇은 분리막을 생산할 필요성

b) 젖음성 증가

c) 고온에서 배터리 성능을 향상시키려는 의도

이러한 문제에 대해 더 자세히 설명하겠습니다.

안정적인 열 성능의 필요성은 전력망 및 전기 자동차의 발명으로 인한 것입니다. 두 발명 모두 고온을 견딜 수 있는 튼튼한 배터리가 필요합니다.

제조업체는 새로운 재료를 사용하여 전지 성능을 개선하고 있습니다. 열안정성은 폴리올레핀보다 우수합니다.

향상된 젖음성의 필요성은 폴리올레핀의 비호환성 때문입니다. 폴리머 선택은 일반적인 전해질 재료와 호환되지 않습니다.

새로운 기존 전해질은 유전율이 높은 특징이 있습니다. 배터리 제조 공정을 단축하는 데 도움이 됩니다.

동시에 폴리올레핀의 비호환성으로 인해 전류 분포가 고르지 않습니다. 그 결과 전기 장치를 충분히 오래 충전하지 못하는 기본 배터리가 됩니다.

마지막으로 더 얇은 배터리에 대한 요구가 항상 있습니다. 예상대로 이것은 도전적입니다. 배터리는 더 많은 전하를 유지하기 위해 더 두꺼운 전극이 필요합니다. 그럼에도 불구하고 기업들은 Lid의 고분자량을 개선하기 위해 특수 폴리올레핀 등급을 제시하고 있습니다.

리튬 이온 배터리의 발전이 있습니까?

제조업체는 배터리 분리기의 성능을 향상시키기 위해 심야 오일을 태웁니다.

기업은 습윤성과 열 안정성을 향상시키기 위해 고유한(특허가 있을 수 있는) 방법을 개발합니다. 지금까지 개선된 몇 가지 사항을 살펴보겠습니다.

리튬 이온 배터리

a) 실리카 나노입자로 분리막 장식

이 과정은 실리카 나노입자를 분리막의 기공과 기공 벽에 부착하는 것을 포함합니다. 예상되는 결과는 배터리 전해질에 대한 습윤성이 향상된다는 것입니다. 이 방법은 배터리의 열 저항도 향상시킵니다.

분리막 소재가 내열성을 높이는 반면, 실리카 나노입자는 습윤성을 높입니다.

b) 새로운 PEI(폴리에테르이미드)를 생산하기 위해 위상 반전 공정을 사용

이 공정에는 PD 및 BPADA를 사용하여 분리막을 생산하는 과정이 포함됩니다. 배터리 분리막이 이제 더 나은 특성을 갖기 때문에 유용합니다. 예를 들어, 분리기는 광범위한 전도도를 처리할 수 있습니다.

PEI는 또한 배터리의 팽창 정도를 최소화하는 데 도움이 됩니다. 따라서 전해질이 빠르게 흡수됩니다.

게다가 배터리 분리막은 최대 220°C의 열 안정성을 보여줍니다.

c) 수소 유도 가교(HHC)

이 기술은 폴리에틸렌 옥사이드를 PP 분리기에 공유 가교결합하는 것입니다. 그 효과는 폴리올레핀의 전해질 친화도가 증가하는 것입니다.

이러한 수정으로 리튬 이온 배터리는 고용량 유지가 가능합니다. 배터리의 내부 저항도 낮습니다.

결론

우리가 보았듯이 배터리 분리막은 절연체 역할을 하는 투과성 막입니다. 음극(음극)과 양극(양극)을 분리합니다.

분리막은 배터리의 효율을 결정짓는 중요한 소재입니다. 신뢰성이 낮은 분리막을 사용하면 이차 전지도 마찬가지로 품질이 떨어집니다.

배터리 제조업체는 성능을 향상시키기 위해 새로운 배터리 분리막 기술을 발견하고 있습니다. 예를 들어, 이러한 이차 전지는 WellPCB에서 구입할 수 있는 PCB(인쇄 회로 기판)에 적용할 수 있습니다.