锂离子电池隔膜失效原因分析
来源：宝鄂实业
2020-03-01 14:37
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锂离子电池隔膜失效分析
锂离子电池主要由正极、负极极板和间隙、电解液、外壳以及正负极值组成。在锂离子电池内部，这种屏障不仅可以防止正极和负极之间的接触，从而达到电子绝缘的效果，而且还保持了孔隙度，使得电解质中的离子能够通过这种屏障，在正极和负极之间来回移动。在满足上述基本要求的同时,这个缺口将达到安全的要求,例如,充放电循环过程中表面的阴极将锂枝晶,锋利的锂枝晶的发展在一定程度上渗透障碍可能导致短路阴极之间的攻击,释放大量的热量,然后引发一个锂离子电池热失控,导致严重的安全事故。或电池压缩和针灸的过程中,由于释放大量的热短路的一部分,攻击热量的差距缩短,导致大面积的积极的和消极的接触,直接导致电池起火和爆炸,所以差距在锂离子电池的性能和安全性有重要影响。
为了满足锂离子电池的性能和安全要求的壁垒,人们开发了各种复杂的障碍,如PP、PE、PP三层复合材料缺口,当电池温度高于130℃时,中间层的PE层将融化,和人民党屏障两岸的高熔点,支持效应,熔化的PE堵塞毛孔的PP缺口,然后阻止放电的影响。另一个例子是陶瓷涂层的间隙，将Al2O3等无机氧化物涂层在基板的一般间隙上，这样可以在高温下支撑间隙，减小间隙，缩短间隙，进而提高锂离子电池的安全性。
麻省理工学院的张晓伟等人最近对各种工艺和结构的间隙力学性能进行了研究，分析了导致间隙失效的力学参数。这些壁垒包括干法PE壁垒和三层复合壁垒、湿法陶瓷涂层壁垒、无纺布技术壁垒，这些壁垒基本覆盖了当前市场上经常见到的壁垒。试验主要对上述屏障进行了纵向(MD)、横向(TD)和对角(DD)方向的单向抗拉强度、厚度拉紧试验和轴向穿破试验，提醒了各类屏障的失效力学参数。张晓伟等基于上述结果建立了PE间隙的有限元模型，并在单轴拉伸试验和厚度收缩试验中准确预测了PE间隙的反应结果。
具体测试过程如下:首先，根据ASTM的D882薄膜数据标准，将参与试验的间隙数据制成具有规则形状的长方形样品。拉伸试验采用Instron 5944型单向拉伸机进行，拉伸力加载速度为25mm/min。试验结果表明，PE隔板和三层复合隔板在各个方向的抗拉强度差异较大，如纵向MD，抗拉强度为120MPa，横向TD和对角方向仅为20MPa。湿布间隙在各个方向的抗拉强度相似(140MPa)，而非织造布间隙的抗拉强度最差(35MPa)。无纺布缝在垂直方向和水平方向的强度相似，但对角拉伸强度较弱。
为了测试间隙的厚度收紧性能，张晓伟将间隙缠绕成直径为16mm的40层圆柱形结构。将岩心加压0.5mpa，保证间隙层之间不存在间隙，然后逐步加压至100MPa。通过压力测试,干法制备和三层PE复合势垒在轴构成椭圆,但湿陶瓷涂层疏远和无纺布技术差距仍然保持测试后的循环结构,这主要是由于干燥分离各向异性较大,湿疏远和无纺布疏远近似形式的抗拉强度在各个方向。屏障核心的应变测试过程中还发现,压力加载,有明显的屈服点约为20 mpa PE由干法和三层复合障碍,和应变也大于湿过程和无纺布的过程,显示在测试中没有明显的屈服点。
