Сепараторы для литий - йонных аккумуляторных батарей из пористого Фторопласта и сверхвысокомолекулярного полиэтилена

ТУ 22.21-026-27408634-2021

Пористые сепараторы внутри аккумуляторной батареи применяются для разделения положительных и отрицательных электродов для избегания короткого замыкания путем пропускания только положительно заряженных ионов и задержки электронов. Сепаратор должен обладать свойствами диэлектрика.Тип сепаратора определяется химией аккумуляторной батареи и требуемыми показателями данной батареи. Современные сепараторы для литий -йонных батарей представляют собой микропористые пленки из различных материалов стойких для работы в особо агрессивных средах. Если говорить о полимерах, то наибольшее распространения в настоящее время получили сепараторы из таких полимеров как полипропилен, полиэтилен в комбинации с полипропиленом или химстойким покрытием, слоистые композиты из этих материалов. Технология их достаточно сложна и в экстремальных условиях эксплуатации ( выше 140 С и при низких температурах (полипропилен не морозостоек)) их эксплуатация невозможна. За рубежом ведущие предприятия предлагают различные сепараторы, выдерживающие экстремальные условиях эксплуатации. В основном это высокотехнологичные и дорогие тунельные пористые мембраны покрытые химстойкими материалами и полимерные мембраны стойкие к высокоагрессивным средам. В России такие мембраны не производятся.

На нашем предприятии сделана попытка разработки таких сепараторов . Для этого были разработаны как твердофазная технология получения микро и нано -пористых тончайших полимерных пленок, лент из лучших диалектических, термостойких в широком диапазоне высоких и низких температур и исключительно химстойких полимерных материалов – фторопласта и сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Использовались как твердофазные так и “мокрые”технологии , разработанные в лаборатории нашего предприятия. В основе твердофазной технологии лежит пластическая деформация(вытяжка) полимерной пленки из полимера с предварительной структурной перестройкой , дающей возможность эффективно получить пристые структуры. В основе “ мокрой” технологии лежит вытяжка пленки с такой же предварительной структурной перестройкой, только не на воздухе, а в поверхностно активной жидкой среде. Нам представляется, что эта самые эффективные и экономически выгодные технология получения макро, микро и нанопористых полимерных мембранных материалов. Пористые мембраны могут выпускаться как в гидрофобном так и гидрофильном варианте со специальными добавками. К сожалению , на полипропилене эти технологии не опробованы.

Физико-механические параметры образцов сепараторов из Ф-4 и СВМПЭ приведены в табице.1.

ТАБЛИЦА 1.

Материалы Показатели	Ф-4	СВМПЭ
Прочность при растяжении в продольном направлении кг/см2	600-1200	800-6000
Относительное удлинение при разрыве в продольном направлении,%	Не более 50	Не более 50
Пористость ,%	Не менее 40	Не менее 30
Средний размер пор, мкм	0.03-0.3	0.01-0.03
Толщина, мм	0.02 – 1, 5	0.02-1,5

ФОТО структуры микропористой ленты из Ф-4

ФОТО ленты из Ф-4 до деформирования и после

Полученные пористые мембраны требуют натурных испытаний в различных типах батарей и в различных условиях эксплутации.