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鋰電池隔膜打皺的原因及優化方案

文章(zhang)來源:PNAS普納斯能源官網 人氣:348 發表時間(jian):2025-06-06 11:02:30
一、引言 鋰電池在實際應用中仍然面臨著一些挑戰,其中隔膜打皺是一個較為常見的問題。隔膜打皺不僅會影響電池的性能和安全性,還可能導致電池短路、熱失控等嚴重后果。深入研究鋰電池隔膜打皺的原因,并采取...
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一、引言


鋰電池在實際應用中仍然面臨(lin)著(zhu)一些挑戰,其中隔膜(mo)打(da)皺(zhou)是(shi)一個較(jiao)為常見的問題。隔膜(mo)打(da)皺(zhou)不(bu)僅會影響電池的性能和安全性,還可能導致(zhi)電池短(duan)路、熱失控等嚴重(zhong)后果。深(shen)入研究鋰電池隔膜(mo)打(da)皺(zhou)的原(yuan)因,并采取有(you)效的解決措施,對于提高(gao)鋰電池的質量和可靠性具有(you)重(zhong)要意義。


二、鋰電池隔膜打皺的原因


(一)極片材(cai)料不均勻(yun)


極片(pian)(pian)材料的不(bu)均勻性是導(dao)致隔膜打皺的一個重(zhong)要原(yuan)因(yin)。極片(pian)(pian)的厚度(du)、密度(du)、彈性等物理(li)性能的差(cha)異會在(zai)卷繞過程中產生不(bu)均勻的應力分布,從而使(shi)隔膜出(chu)現皺褶。


(二)卷繞張(zhang)力不適當


卷(juan)繞(rao)張力對極(ji)片(pian)的(de)平整度有(you)著至關重要的(de)影響。張力過(guo)大可能導致極(ji)片(pian)過(guo)緊,產生裂(lie)紋;張力過(guo)小則可能使極(ji)片(pian)松動,出現皺(zhou)褶(zhe)。


(三)極片干燥不充分


極片在(zai)卷繞前(qian)需要進行(xing)充(chong)分的干燥處理(li),以去除(chu)內部殘(can)留的水分。如果干燥不充(chong)分,水分可能在(zai)卷繞過程(cheng)中導致(zhi)隔膜打皺(zhou)。


(四)卷繞速度不適當


卷繞速度決定(ding)了極片(pian)在(zai)卷繞過程中(zhong)的(de)受力情況。過快的(de)卷繞速度可能(neng)導致(zhi)極片(pian)受力不(bu)均,產(chan)生皺褶(zhe);過慢的(de)卷繞速度則可能(neng)使極片(pian)在(zai)卷繞過程中(zhong)產(chan)生過度的(de)形變,也會(hui)導致(zhi)皺褶(zhe)的(de)產(chan)生。


(五)極片邊緣(yuan)處理不當(dang)


極片邊緣(yuan)的毛刺(ci)、彎(wan)曲等情(qing)況可能在(zai)卷繞過程中產生應力集中,從而(er)導(dao)致隔膜出現皺褶。


(六(liu))隔膜(mo)與極片界(jie)面的微觀缺(que)陷


電(dian)解(jie)液在(zai)隔膜內(nei)晶區(qu)和非晶區(qu)的(de)微(wei)觀(guan)分布不均勻,會(hui)造成微(wei)觀(guan)尺(chi)度的(de)應力積累或松弛,進而產(chan)生隔膜的(de)宏觀(guan)褶皺。


(七)隔膜(mo)的內部(bu)結構


拉伸法(fa)制備的(de)聚烯烴隔(ge)膜微(wei)(wei)觀結構上的(de)差(cha)異(yi)可能是產生褶皺的(de)主要原因。電(dian)解(jie)液在隔(ge)膜內(nei)晶區(qu)和(he)非(fei)晶區(qu)的(de)微(wei)(wei)觀分布不均勻(yun),也會導致微(wei)(wei)觀尺度的(de)應力積累或松(song)弛,進而產生隔(ge)膜的(de)宏觀褶皺


(八)電解(jie)液浸潤性不同(tong)


電解液(ye)對正(zheng)負(fu)極片(pian)和隔膜的浸潤性不同,可能導(dao)致在充放電過程中隔膜出現褶皺。


(九(jiu))隔膜的厚度


增加隔膜(mo)厚度可(ke)以(yi)在一定(ding)程度上(shang)調控溶液流動(dong)徑跡上(shang)的(de)褶皺(zhou)數量,但很難(nan)徹底消除褶皺(zhou)的(de)產生。


(十)接觸角


電解液在隔膜表(biao)面的接(jie)觸角可(ke)能影(ying)響(xiang)(xiang)潤(run)濕過程(cheng),進而影(ying)響(xiang)(xiang)隔膜的褶皺(zhou)形成。


(十(shi)一)毛細(xi)作(zuo)用


液滴沿隔(ge)膜(mo)厚度方向滲入隔(ge)膜(mo)內的微孔時,可能導致隔(ge)膜(mo)和極(ji)片(pian)之間(jian)的周(zhou)期性(xing)貼合,從而產生褶皺。


(十二)隔膜與(yu)極片之間的貼合(he)


隔(ge)膜(mo)和極片之間存在緊(jin)密貼合(he)和非緊(jin)密貼合(he)的交替過程,這可能(neng)與隔(ge)膜(mo)獨特的微孔結構有關。


三、鋰電池(chi)隔膜打皺的優(you)化方案


(一)優化(hua)極片(pian)材料


選(xuan)擇均(jun)勻(yun)性好(hao)的(de)極片材料,控制極片的(de)厚度、密度和彈性等物理(li)性能,以(yi)減少(shao)卷繞過程中的(de)應力分布不(bu)均(jun)勻(yun)。


(二)調(diao)整卷繞工藝


合理(li)調整卷(juan)繞張力和卷(juan)繞速度(du),確保極(ji)片在(zai)卷(juan)繞過程中受(shou)力均(jun)勻,避(bi)免產生皺褶。


(三)充分(fen)干燥極片


在卷繞前對極片進行充分(fen)的干燥處理(li),去除內部殘(can)留的水(shui)分(fen),減(jian)少水(shui)分(fen)對隔膜打皺的影響。


(四(si))優化極(ji)片(pian)邊緣處理


對極片邊(bian)緣進行光滑處理,減少(shao)毛刺和彎(wan)曲等(deng)情況,降低應力(li)集中的風(feng)險。


(五)改善隔膜與極片界面的微觀(guan)缺(que)陷


通(tong)過優化電解液(ye)配方、改(gai)進隔膜制(zhi)備(bei)工藝等方法,改(gai)善(shan)隔膜與極片界(jie)面的(de)微觀缺陷,減(jian)少微觀尺度的(de)應力積累(lei)或松弛。


(六)優化隔膜的內部結構


選擇微觀結構均勻的(de)隔(ge)膜材料,或采用新型的(de)隔(ge)膜制備工藝,減少隔(ge)膜內部的(de)結構差異,降低褶皺產生的(de)可能性。


(七)調(diao)整(zheng)電解(jie)液(ye)浸潤(run)性


通過優化電解(jie)(jie)液配方,提高(gao)電解(jie)(jie)液對正負極片和隔(ge)膜的浸潤性(xing),減少在充放電過程中隔(ge)膜出現褶皺的風險。


(八)控制隔膜(mo)厚度


在滿足(zu)電(dian)池(chi)性能要求的前提(ti)下,適(shi)當控(kong)制隔膜的厚度,以減(jian)少(shao)溶液流(liu)動(dong)徑(jing)跡上的褶皺(zhou)數量。


(九)優化接觸角


通(tong)過表(biao)面(mian)(mian)處理等方法,優化電解液在(zai)隔膜(mo)表(biao)面(mian)(mian)的(de)接觸角,提高潤濕過程的(de)均勻性,減(jian)少隔膜(mo)褶皺的(de)形成。


(十)減少(shao)毛細作(zuo)用


采用(yong)合適的隔膜材料和結構,減少液滴沿隔膜厚(hou)度(du)方向(xiang)滲入隔膜內微(wei)孔(kong)的可能性,降低(di)毛細(xi)作用(yong)對(dui)隔膜褶皺的影響。


(十一)優化隔膜(mo)與極片之間的貼合


通(tong)過(guo)改進(jin)隔膜的(de)微孔結構或采用特殊的(de)貼合工藝,優化隔膜與(yu)極片之間的(de)貼合過(guo)程,減少緊(jin)密貼合和非緊(jin)密貼合的(de)交替,降(jiang)低褶皺(zhou)產生的(de)風險。


四(si)、結論


鋰(li)電池隔膜(mo)打皺是(shi)一個復雜的(de)(de)問(wen)題,涉及到極片(pian)材料、卷繞(rao)工藝、隔膜(mo)特性等多(duo)個方面。通過對這些因素的(de)(de)深(shen)入(ru)分析,可采取相應的(de)(de)解決策略(lve),以有效地減少隔膜(mo)打皺的(de)(de)發生,提高(gao)鋰(li)電池的(de)(de)性能和(he)穩定性。  

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