بررسي خصوصيات فيزيكي و الكتروشيميايي غشاء مورد استفاده در باتري ليتيوم-يون توان‌بالا

Investigation of Physical and Electrochemical Properties of Separator Used in High Drain Lithium-ion Battery

يكي از دلايل افزايش استقبال از باتري‌هاي ليتيوم-يون، بهبود قابليت نرخ‌پذيري و چگالي توان آن‌ها است. تمام اجزاي يك باتري ازجمله آند، كاتد، الكتروليت و غشاء مي‌توانند منجر به محدود شدن قابليت نرخ‌پذيري باتري‌هاي ليتيوم-يون شوند. درحالي‌كه اكثر تلاش‌ها بر روي معماري جديد الكترود و فرمولاسيون الكتروليت به‌منظور بهبود قابليت نرخ‌پذيري باتري متمركز شده‌اند، مطالعات روي غشاها عمدتاً به خواص مكانيكي و فيزيكي آن‌ها محدود شده و توجه كمي به تأثير آن‌ها بر عملكرد نرخ‌پذيري باتري‌هاي ليتيوم-يون شده است. در اين پژوهش، يك بررسي جامع از خواص فيزيكي، حرارتي و الكتروشيميايي غشاء باتري دمونتاژشده با قابليت نرخ دشارژ بالا و غشاء تجاري پلي‌اتيلني با ضخامت 16 ميكرون گزارش شده است. با توجه به پژوهش انجام‌شده، نشان داده شده است كه غشاء HDLIB به‌ميزان 26% از زاويه تماس كمتر و ترشوندگي بهتري نسبت به غشاء تجاري پلي‌اتيلني برخوردار است. همچنين، غشاء HDLIB در دماي °C150 به‌ميزان 6/55% كمتر از غشاء پلي‌اتيلني دچار انقباض شده است كه اين موضوع مي‌تواند از حضور ذرات سراميك بوهمايت در ساختار آن نشأت گرفته باشد. علاوه‌براين، اين موضوع نشان مي‌دهد كه غشاء HDLIB مي‌تواند نقش مهمي در بهبود قابليت نرخ‌پذيري و ايمني باتري‌هاي ليتيوم-يون ايفا كند.

One of the reasons for the increasing popularity of lithium- ion batteries is the improvement of their rate capability and power density. All components of a battery, including the anode, cathode, electrolyte, and separator, can limit the capability of lithium-ion batteries. While most efforts have focused on the new electrode architecture and electrolyte formulation to improve battery performance, studies on separators have focused mainly on their mechanical and physical properties and little attention has been paid to their effect on the performance of lithium-ion batteries. In this study, a comprehensive study of the physical, thermal and electrochemical properties of disassembled high drain lithium- ion battery separator (HDLIB) with high discharge rate capability and commercial polyethylene separator with a thickness of 16μm (G16) is reported. According to the research, it has been shown that HDLIB separator has 26% less contact angle and better wettability than commercial polyethylene separator. Also, HDLIB separator at 150°C has shrunk by 55.6% less than G16, which may be due to the presence of boehmite ceramic particles in its structure. In addition, it shows that HDLIB separator can play an important role in improving the rate performance and safety of lithium- ion batteries.