鋰電池隔膜單向拉伸生產(chǎn)線

從1970年代以來，計算機已經(jīng)被用于幫助了解和優(yōu)化電池的性能。計算工具的不斷發(fā)展帶動了電池模擬不斷的改進，模擬的電池體系穩(wěn)步增加。今天我們可以獲得大部分的主流充電電池的模擬數(shù)據(jù)，其中一些可以免費得到。

在過去幾年中，幾種不同類型的電池體系（鉛酸、鎳氫、鋰離子）數(shù)學模型被建立起來。這有助于對這些體系更好的了解?，F(xiàn)在的模型只考慮隔膜的厚度和孔隙率。還沒有太多的研究考慮到隔膜的物理和化學性能對隔膜的性能和安全產(chǎn)生的影響。這也是因為隔膜的微孔結(jié)構(gòu)及其對穿透性質(zhì)的影響目前只能夠定性。對隔膜微孔結(jié)構(gòu)的徹底了解將有利于模擬研究和對電化學體系的優(yōu)化。這將有助于使電池模型更加可靠實用。

隔膜的孔結(jié)構(gòu)通常非常復雜。它由互相連通的微孔網(wǎng)絡構(gòu)成，電解液充滿其中。對孔結(jié)構(gòu)的完全描述需要一個非常復雜的模型。如果用少量的參數(shù)將孔結(jié)構(gòu)簡化為簡單的準連續(xù)封閉體，模擬就有可能進行。

隔膜和電解液的電導率測得PVDF隔膜等甚至為他們的增塑電解液隔膜使用了更高的量化其離子導電率。對于真實的隔膜材料來說，形狀不是統(tǒng)一的圓形，所以1.5的博格曼指數(shù)往往是不合適的。基于橢圓形或薄片狀等其他形態(tài)的微孔網(wǎng)絡會導致離子導電路徑彎曲，引起α值升高或者完全背離冪次定律。他們還證明圓形或者輕微橢圓的孔型更適合隔膜，因為其能夠提高隔膜的電導率。

隔膜的彎曲程度是一個決定隔膜瞬時響應的關(guān)鍵特性，穩(wěn)態(tài)電學測量不能反映出隔膜的彎曲度。他認為應該考慮隔膜的彎曲分布，一些孔的彎曲程度可能要小于另一些孔。他計算出如果隔膜具有一樣的平均彎曲度和孔隙率，可以通過不穩(wěn)定行來區(qū)分其不同的彎曲分布。

使用一個數(shù)學模型來研究凝膠電解液體系中隔膜的厚度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當厚度在52微米以下時，厚度的下降只會引起電池的電阻電壓降的微小降低，而電極的電壓降變化非常大。電池的放電過程建立了一個數(shù)學模型。他們的模型預測將隔膜的厚度從25微米升高到100微米，放電容量從95%降為90%；厚度進一步增加到200微米時，放電容量降為75%。這些理論上的結(jié)果表明，常用的隔膜（25~37微米厚）不會明顯限制鋰的質(zhì)量傳遞。

近來已經(jīng)出現(xiàn)為鋰離子電池使用電活性聚合物以起到過充保護的作用。將電活性的聚合物添加在隔膜中是一種新穎的保護過充的方法。建立了一個數(shù)學模型來解釋例如聚噻吩這樣的電活性聚合物怎樣為鋰離子電池提供過充保護。模型顯示，當電池電勢超過聚合物的氧化電勢時，電池在幾分鐘內(nèi)從電池轉(zhuǎn)化為電阻，然后形成了穩(wěn)定的過充狀態(tài)。