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隔膜在空气和DMC中挤压变形分析

2018-03-02 14:37来源:新能源Leader作者:凭栏眺关键词:隔膜锂离子电池储能材料收藏点赞

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ShutianYan采用区域2和区域4对隔膜的弹性模量进行了计算,应变在区域2的范围内时,Celgard2400隔膜在空气中的弹性模量为0.191±0.020GPa,而在DMC中隔膜的弹性模量为0.165±0.020GPa。隔膜在厚度方向上的弹性模量与隔膜在横向TD上的抗拉强度非常接近,这与隔膜的结构有关,单层PP隔膜Celgard2400是采用干法拉伸工艺制成,在拉伸的过程中,隔膜中原本堆叠在一起的平行薄片被拉开,拉伸后的隔膜主要由半晶体薄片和薄片之间的无定形纳米纤维组成,如本文的第一张图片所示,其中纵向MD方向上,主要为无定形纳米纤维承受拉力,而在纵向TD和厚度方向TTD上,则都是由半晶体薄片承受拉力,由于在TD和TTD方向上隔膜具有相似的结构,因此隔膜在厚度方向上的弹性模量和在横向TD上的抗拉强度数值比较接近。

在隔膜应变达到区域4时,Celgard2400隔膜在空气中的弹性模量为0.270±0.004GPa,而在DMC中的弹性模量则为0.386±0.035GPa,导致隔膜在DMC中抗压能力增加的原因可能是因为在隔膜压缩到压实区域后,部分DMC被困在了隔膜内部的微孔之中,起到了制成隔膜的作用。

为了模拟隔膜在真实电池中受到的挤压,ShutianYan还对NMC正极,以及“PP隔膜/NMC正极/PP隔膜”三层复合结构进行了挤压弹性模量分析,测试结果表明NMC正极在空气中的挤压弹性模量为1.084±0.029GPa,在DMC中的弹性模量为0.892±0.033GPa,这一数值要明显高于LCO正极(0.232GPa)和LiNiCoAlO2正极(0.610GPa)。

而“PP隔膜/NMC正极/PP隔膜”三层复合结构在空气中的挤压弹性模量为0.362GPa,在DMC中的弹性模量则为0.336MPa。根据弹性弹性模量混合的原理,三层复合结构的弹性模量可以由下式计算获得,但是实际的测试结果与理论结果预测并不完全一致,表明NMC正极与隔膜之间存在相互作用。众所周知,NMC正极表面粗燥程度远远高于玻璃表面,因此在受到挤压的时候NMC正极表面中突出的位置会首先挤压到隔膜,在随后的挤压变形过程中,NMC正极粗燥的表面还会对隔膜产生限位的作用,这同样会对隔膜的弹性模量产生影响,这也就导致试验结果与预测结果有一定的偏差。

为了模拟隔膜在真实电池中受到的挤压,ShutianYan还对NMC正极,以及“PP隔膜/NMC正极/PP隔膜”三层复合结构进行了挤压弹性模量分析,测试结果表明NMC正极在空气中的挤压弹性模量为1.084±0.029GPa,在DMC中的弹性模量为0.892±0.033GPa,这一数值要明显高于LCO正极(0.232GPa)和LiNiCoAlO2正极(0.610GPa)。

而“PP隔膜/NMC正极/PP隔膜”三层复合结构在空气中的挤压弹性模量为0.362GPa,在DMC中的弹性模量则为0.336MPa。根据弹性弹性模量混合的原理,三层复合结构的弹性模量可以由下式计算获得,但是实际的测试结果与理论结果预测并不完全一致,表明NMC正极与隔膜之间存在相互作用。众所周知,NMC正极表面粗燥程度远远高于玻璃表面,因此在受到挤压的时候NMC正极表面中突出的位置会首先挤压到隔膜,在随后的挤压变形过程中,NMC正极粗燥的表面还会对隔膜产生限位的作用,这同样会对隔膜的弹性模量产生影响,这也就导致试验结果与预测结果有一定的偏差。

原标题:隔膜在空气和DMC中挤压变形分析
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