Cos'è un separatore?
separatore
Il separatore è un componente fondamentale delle batterie agli ioni di litio-. È una membrana microporosa utilizzata per separare gli elettrodi positivo e negativo ed è un materiale polimerico funzionale con una struttura microporosa su scala nanometrica, come mostrato nella Figura 7-9. Le prestazioni del separatore determinano la struttura dell'interfaccia della batteria, la resistenza interna e altre caratteristiche, influenzandone direttamente la capacità, la durata e la sicurezza. Un separatore ad alte-prestazioni svolge un ruolo fondamentale nel migliorare le prestazioni complessive della batteria. La sua funzione principale è quella di prevenire i cortocircuiti causati dal contatto degli elettrodi consentendo al tempo stesso il passaggio degli ioni dell'elettrolita. Per le batterie agli ioni di litio-, poiché l'elettrolita è un sistema di solventi organici, sono necessari materiali separatori resistenti ai solventi organici. Generalmente vengono utilizzate membrane porose in poliolefine a film sottile e ad alta resistenza.
Le prestazioni del separatore della batteria agli ioni di litio- determinano la struttura dell'interfaccia e la resistenza interna della batteria, influenzandone direttamente la capacità, la durata e la sicurezza. I requisiti tecnici per i separatori di batterie agli ioni di litio- sono:
1) Prestazioni di isolamento: il separatore è un isolante elettricamente conduttivo, che garantisce l'isolamento meccanico tra gli elettrodi positivo e negativo.
2) Elevata conduttività ionica: deve ridurre al minimo la resistenza al movimento degli ioni dell'elettrolita, possedendo una certa dimensione dei pori e porosità per garantire una bassa resistenza e un'elevata conduttività ionica, consentendo una buona permeabilità agli ioni di litio-.
3) Stabilità chimica e inerzia elettrochimica: deve essere sufficientemente stabile contro l'elettrolita, le potenziali impurità, i reagenti degli elettrodi e i prodotti di reazione degli elettrodi, prevenendone la dissoluzione o la degradazione. Poiché il solvente elettrolitico è un composto organico fortemente polare, il separatore deve essere resistente alla corrosione dell'elettrolita e possedere sufficiente stabilità chimica ed elettrochimica.
4) Repulsione minima dall'elettrolita: deve avere una buona bagnabilità con l'elettrolita e una sufficiente capacità di assorbimento di liquidi e ritenzione di umidità.
5) È richiesta un'elevata resistenza meccanica per evitare strappi e deformazioni durante la lavorazione. Sono essenziali proprietà meccaniche sufficienti, tra cui la resistenza alla perforazione e alla trazione, riducendo al minimo lo spessore.
6) La stabilità dimensionale è fondamentale. È necessaria una variazione dimensionale minima al di sotto del punto di fusione per evitare cortocircuiti tra gli elettrodi positivo e negativo. Sono importanti anche una buona stabilità spaziale e planarità, insieme ad un’elevata uniformità di spessore e dimensione dei pori.
7) Sono essenziali una buona stabilità termica e una protezione dallo spegnimento automatico. Le batterie di alimentazione pongono requisiti ancora più elevati al separatore, in genere impiegando membrane composite.
8) È necessaria una contrazione termica minima per prevenire efficacemente la migrazione di particelle, colloidi o altre sostanze solubili tra gli elettrodi positivi e negativi. In caso contrario potrebbero verificarsi cortocircuiti che porterebbero all'instabilità termica della batteria.
Diversi sistemi e applicazioni di batterie agli ioni di litio- hanno requisiti diversi per i separatori.
