Ursachen und Lösungen für die Faltenbildung im Separator von Lithiumbatterien

Das Lithium Batterietrenner fungiert als Schutzbarriere zwischen der positiven und negativen Elektrode und leitet Ionen, jedoch keine Elektronen. Im Idealzustand sollte der Separator nach dem Befüllen und Bilden des Elektrolyten vollständigen und flächigen Kontakt mit den Elektroden haben. Beim Zerlegen von Batterien stellen wir jedoch häufig eine starke Faltenbildung des Separators fest. (Dies ist auch an der Faltenbildung der negativen Elektrode deutlich zu erkennen.)

Im Folgenden besprechen wir die Faltenbildung in Separatoren unter drei Gesichtspunkten: die Gefahren, die Ursachen und die Lösungen.

1. Gefahren durch Faltenbildung im Separator:

Erhöhter Innenwiderstand: Die mikroporöse Struktur des Separators wird an den faltigen Stellen beschädigt, wodurch die Transportwege der Lithium-Ionen behindert werden. Dies erhöht den Innenwiderstand um 15–30 %, was die Lade-/Entladeeffizienz deutlich verringert.

Kapazitätsschwund: Eine ungleichmäßige Elektrolytinfiltration in faltigen Bereichen führt zu einer verringerten Nutzung der aktiven Materialien. Experimentelle Daten einer bestimmten NMC-Kathodenbatterie zeigten einen Kapazitätsverlust von bis zu 8 % pro 100 Zyklen.

Lithium-Dendritenwachstum und Kurzschlussrisiko: Durch die Faltenbildung kommt es zu örtlich begrenzten Erhöhungen der Stromdichte, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Lithiumdendritenwachstums auf der Graphitanodenoberfläche steigt und das Risiko von Kurzschlüssen zunimmt.

2. Ursachen für die Faltenbildung im Separator:

Sachmängel: Separatoren mit einer Oberflächenrauheit > 0,3 μm (Standard-Ra-Wert 0,1–0,3 μm) oder einer Zugfestigkeit < 300 MPa neigen stärker zur Faltenbildung.

Prozessfehler: Übermäßige Schwankungen der Wickelspannung (über ±3 %, wo die Norm ±1 % vorschreibt) führen zu einer ungleichmäßigen Rollenspannung. Weitere Probleme sind übermäßige Temperaturgradienten im Ofen (> 5 °C, wo der zulässige Wert ≤ 2 °C beträgt).

Unangemessener Heißpressprozess: Falsche Einstellungen der Heißpressparameter (Druck, Temperatur, Zeit) führen zu einer schlechten Elektrodenrollenform.

Unangemessener Elektrolyt-Füllvorgang: Der Füllvorgang umfasst typischerweise (Vakuumziehen – Primärbefüllung – Ruhen – Vorladen – Vakuumziehen – Sekundärbefüllung). Ist der Vakuumunterdruck zu hoch oder die Geschwindigkeit zu hoch, kann es leicht zu einer Trennung zwischen Separator und Elektroden kommen. Außerdem entsteht nach dem Vorladen Gas, und das Vakuumziehen während der Sekundärbefüllung kann sowohl dieses Gas als auch einen Teil des Elektrolyten entfernen. Beim Absaugen von Gas können sich Kanäle bilden, die ebenfalls zu sichtbaren Falten führen.

Unvollständige Elektrolytinfiltration: Wenn der Elektrolyt nicht vollständig eindringt und trockene Bereiche, Lücken oder Blasen zwischen den Elektroden und dem Separator entstehen, kann es beim Vakuumziehen leicht zur Faltenbildung kommen.

Defekte an der Elektrodenoberfläche: Inhärente Defekte an den Elektroden (wie Vorsprünge, Vertiefungen usw.) können leicht die Anpassungsfähigkeit des Separators an die Elektroden beeinträchtigen und zu Faltenbildung führen.

3. Lösungen für die Faltenbildung im Separator:

Die Lösungen hängen oft mit den Ursachen zusammen und umfassen die Verbesserung der grundlegenden Eigenschaften des Separators sowie die Optimierung der Wickel-, Heißpress-, Back- und Elektrolytfüllprozesse. Entdecken Sie unsere Batterieproduktionslinie Lösungen für optimierte Prozesse.

Durch eine Verlängerung der Infiltrationszeit und eine entsprechende Erhöhung der Infiltrationstemperatur (z. B. Infiltration bei 45 °C) kann der optimale Infiltrationszustand der Elektroden erreicht werden.

Neben Prozessverbesserungen kann der Einsatz beschichteter Separatoren das Faltenproblem effektiv lösen. Separatoren mit einseitiger PVDF-Beschichtung verbessern beispielsweise die Haftung nach dem Heißpressen deutlich und verhindern oder reduzieren Falten vollständig. Erfahren Sie mehr über unsere fortschrittlichen Batteriematerial Angebote, einschließlich beschichteter Separatoren.

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