1、La definición y esencia de los separadores de baterías de litio

Elseparador de batería de litioEs un material de película delgada con estructura microporosa, ubicado entre los electrodos positivo y negativo de la batería de litio. Su función principal es aislar físicamente los electrodos positivo y negativo para evitar el contacto directo entre ambos y provocar un cortocircuito. Al mismo tiempo, permite el libre paso de los iones de litio del electrolito, logrando la conducción iónica durante el proceso de carga y descarga de la batería. En cuanto al material, suele estar hecho de polímeros de alto peso molecular (como polipropileno, polietileno, etc.) o materiales compuestos, con un espesor que generalmente oscila entre 10 y 50 micras. Aunque es tan delgado como el ala de una cigarra, cumple la importante función de garantizar el funcionamiento seguro y estable de la batería.

2、La función principal de los separadores de baterías de litio

(1) El aislamiento de seguridad elimina el riesgo de cortocircuitos.

El contacto directo entre los electrodos positivo y negativo puede desencadenar intensas reacciones electroquímicas, generando una gran cantidad de calor e incluso provocando la explosión de la batería. El separador de baterías de litio, gracias a sus propiedades aislantes y su función de barrera física, separa los electrodos positivo y negativo, evitando eficazmente estas situaciones peligrosas. Por ejemplo, cuando la batería se ve sometida a un impacto externo o presenta una estructura interna anormal, la estructura estable del separador minimiza al máximo la posibilidad de contacto entre los electrodos positivo y negativo, lo que constituye una línea de defensa crucial para la seguridad de la batería.

(2) La conducción de iones garantiza la eficiencia de carga y descarga.

Durante el proceso de carga y descarga de la batería, los iones de litio deben migrar entre los electrodos positivo y negativo. La estructura microporosa del separador proporciona un canal de transmisión dedicado para los iones de litio. Parámetros como el tamaño de poro, la uniformidad de distribución y la porosidad afectan directamente la velocidad y la eficiencia de conducción de los iones. Los separadores de alta calidad permiten que los iones de litio pasen a través de ellos de forma rápida y fluida, mejorando así las velocidades de carga y descarga de la batería, así como la eficiencia de conversión de energía. Diversos estudios demuestran que si el rendimiento de conducción iónica del separador se mejora en un 10 %, la eficiencia de carga y descarga de la batería puede aumentar proporcionalmente entre un 8 % y un 10 %.

(3) Mantener el electrolito y estabilizar el entorno de la batería.

El separador posee una excelente capacidad de absorción y retención de líquidos, capaz de adsorber una gran cantidad de electrolito y proporcionar un entorno electroquímico estable dentro de la batería. Esto no solo contribuye a mantener las reacciones químicas normales de la batería, sino que también reduce la evaporación y la pérdida de electrolito, prolongando así su vida útil. Además, un entorno electrolítico estable también contribuye a mejorar el rendimiento de la batería, permitiéndole mantener un buen rendimiento incluso después de múltiples ciclos de carga y descarga.

(4) Controlar la expansión de la batería y mejorar la estabilidad estructural.

Durante el proceso de carga y descarga de la batería, los materiales de los electrodos positivo y negativo experimentan cambios de volumen, lo que puede provocar la expansión y deformación de la estructura interna. El separador posee cierta resistencia mecánica y flexibilidad, lo que puede, en cierta medida, suprimir esta expansión, mantener la estabilidad de la estructura interna de la batería y, por lo tanto, mejorar su fiabilidad general. Por ejemplo, en baterías de litio con alta densidad energética, la estabilidad estructural del separador es crucial para prevenir problemas como cortocircuitos causados por la expansión de la batería.

3、Los principales tipos de separadores de baterías de litio

(1)PAGpolipropileno ppseparadores

Las particiones de PP tienen una excelente resistencia a altas temperaturas, con un punto de fusión de más de 160°CEsto les permite operar de forma estable en entornos de alta temperatura. Presenta una alta estabilidad química y no reacciona con el electrolito, lo que lo hace adecuado para entornos con altos requisitos de seguridad y resistencia a altas temperaturas, como baterías de vehículos eléctricos y baterías de almacenamiento de energía. Sin embargo, el tamaño de poro del separador de PP es relativamente grande y su resistencia es alta, lo que afecta en cierta medida la eficiencia de carga y descarga de la batería.

(2) Separador de polietileno PE

El tamaño de poro del separador de PE es pequeño, su resistencia es baja y presenta una excelente conducción iónica, lo que permite aumentar la velocidad de carga y descarga, así como la densidad energética de la batería. Presenta buena tenacidad y es adecuado para su uso en el sector de la electrónica de consumo con altos requisitos de rendimiento para baterías, como las de teléfonos móviles y portátiles. Sin embargo, la resistencia a altas temperaturas de los separadores de PE es relativamente baja, con un punto de fusión de aproximadamente 130 °C.°CSon propensos a deformarse en entornos de alta temperatura, lo que limita su aplicación en algunos escenarios de alta temperatura.

(3) Partición compuesta

Para integrar las ventajas de los separadores de PP y PE, surgieron los separadores compuestos. Generalmente, están compuestos por dos capas de materiales: PP y PE. La capa superior de PP proporciona resistencia a altas temperaturas, mientras que la capa inferior de PE ofrece buena conductividad iónica y tenacidad. El separador compuesto combina las ventajas de ambos y ofrece un excelente rendimiento en diferentes entornos de uso. Es adecuado para baterías de litio con altos requisitos de seguridad y rendimiento.

(4) Otros nuevos tipos de particiones

Con el continuo desarrollo de la tecnología de baterías de litio, surgen constantemente nuevos tipos de materiales separadores, como los separadores con revestimiento cerámico, los separadores de tela no tejida y los separadores de electrolitos poliméricos. El separador con revestimiento cerámico mejora la resistencia a altas temperaturas y la resistencia mecánica del separador al recubrir la superficie del separador tradicional con una capa de partículas cerámicas, a la vez que mejora la capacidad de adsorción del electrolito. Los separadores de tela no tejida presentan buena permeabilidad al aire y flexibilidad, y son adecuados para su uso en algunas baterías de litio con estructuras especiales. Los separadores de electrolitos poliméricos combinan las funciones de electrolitos y separadores, y se espera que alcancen una mayor densidad energética y seguridad.

4. Métodos de selección de separadores de baterías de litio.

(1) Elija según el tipo de batería

Los requisitos de los separadores varían según el tipo de batería de litio. Por ejemplo, las baterías de iones de litio y las de polímero de litio difieren en estructura y composición electrolítica, por lo que es necesario seleccionar un separador que se ajuste a sus necesidades. Las baterías de iones de litio suelen utilizar electrolitos líquidos, que presentan altos requisitos de absorción y retención de líquidos. Se pueden seleccionar separadores de PP, PE o compuestos. Las baterías de polímero de litio utilizan electrolitos sólidos o de tipo gel, y tienen requisitos más estrictos de resistencia mecánica y compatibilidad. Los nuevos separadores de tela no tejida o de electrolitos poliméricos pueden ser mejores opciones.

(2) Considere el entorno de trabajo

Temperatura ambiente

Si las baterías de litio deben operar en entornos de alta temperatura, como cerca del compartimento del motor de un automóvil o en entornos industriales con altas temperaturas, se deben seleccionar separadores de PP o con revestimiento cerámico con buena resistencia a altas temperaturas para evitar que se deformen debido a las altas temperaturas y provoquen cortocircuitos en la batería. En entornos de baja temperatura, la viscosidad del electrolito en las baterías aumenta y la velocidad de conducción iónica disminuye. En este caso, se deben seleccionar separadores de PE o de materiales compuestos con mayor diámetro de poro y menor resistencia para mejorar el rendimiento de carga y descarga de las baterías a bajas temperaturas.

Entorno de estrés mecánico

En situaciones propensas a vibraciones e impactos mecánicos, como durante el funcionamiento de vehículos eléctricos o el transporte frecuente de dispositivos electrónicos portátiles, la mampara debe tener buena resistencia mecánica y flexibilidad para soportar tensiones mecánicas sin sufrir daños. Las mamparas compuestas y de tela no tejida ofrecen un buen rendimiento en este aspecto y se adaptan a entornos con tensiones mecánicas complejas.

(3) En combinación con los requisitos de rendimiento

Densidad de energía

Para escenarios con altos requisitos de densidad energética, como vehículos eléctricos y drones, es necesario seleccionar separadores con baja resistencia y una distribución de tamaño de poro razonable para reducir la pérdida de energía dentro de la batería, mejorar la eficiencia de conducción iónica y, por consiguiente, la densidad energética de la batería. Los separadores de PE y los de materiales compuestos ofrecen ciertas ventajas en este aspecto.

Ciclo de vida

Si las baterías de litio requieren carga y descarga frecuentes, como las baterías de almacenamiento de energía y las baterías de herramientas eléctricas, la estabilidad del ciclo del separador es fundamental. Se debe seleccionar un separador con una estructura estable y una alta capacidad de absorción y retención de líquidos durante múltiples procesos de carga y descarga para reducir la pérdida de electrolito y el envejecimiento del separador, y para prolongar la vida útil de la batería. Los separadores con revestimiento cerámico y los separadores compuestos de alta calidad ofrecen un buen rendimiento en cuanto a la vida útil.

Seguridad

La seguridad es la consideración primordial en el diseño y la aplicación de baterías de litio. En escenarios con requisitos de seguridad extremadamente altos, como baterías de vehículos eléctricos y baterías aeroespaciales, se deben seleccionar separadores con excelente resistencia a altas temperaturas y alta resistencia a la perforación, como separadores con revestimiento cerámico o separadores compuestos multicapa, para minimizar al máximo la probabilidad de accidentes que afecten a la seguridad, como cortocircuitos e incendios en las baterías.

(4) Preste atención a los parámetros clave de rendimiento de la partición.

Tamaño de poro y porosidad

El tamaño de poro determina la facilidad con la que pasan los iones de litio, mientras que la porosidad afecta la capacidad de absorción de líquido del separador y el número de vías de conducción iónica. En general, las particiones con diámetros de poro más pequeños y porosidad moderada ofrecen mejor rendimiento y seguridad en la conducción iónica. La combinación adecuada de tamaño de poro y porosidad debe seleccionarse en función del diseño específico de la batería y sus requisitos de rendimiento.

Espesor y resistencia mecánica

El grosor del separador afecta el volumen y la densidad energética de la batería. Los separadores más delgados pueden aumentar el contenido de sustancias activas y mejorar su densidad energética, pero también imponen mayores requisitos de resistencia mecánica. Esta incluye la resistencia a la tracción y a la perforación, entre otras. Los separadores con alta resistencia mecánica soportan mejor la presión interna y la tensión mecánica externa de la batería, garantizando así su estabilidad estructural.

Compatibilidad de electrolitos

El separador debe ser compatible con el electrolito y no debe experimentar reacciones químicas con él, lo que podría reducir su rendimiento o provocar fallos en la batería. Al elegir un separador, es fundamental comprender las propiedades químicas del material y del electrolito utilizado para garantizar que no se produzcan reacciones adversas entre ambos.

Como uno de los componentes principales de las baterías de litio, el rendimiento y la calidad de los separadores afectan directamente su rendimiento general. Al elegir separadores de baterías de litio, es necesario considerar exhaustivamente diversos factores, como el tipo de batería, el entorno de trabajo, los requisitos de rendimiento y los parámetros clave de rendimiento del separador. Asimismo, es fundamental seleccionar un fabricante confiable para garantizar que el separador elegido satisfaga las necesidades reales de la aplicación. Con el continuo avance de la tecnología de baterías de litio, los requisitos de los separadores también aumentan constantemente. Se prevé que en el futuro se introducirán nuevos separadores de alto rendimiento y multifuncionales, lo que impulsará el desarrollo de la industria de las baterías de litio.