1. Qu'est-ce qu'un séparateur de batterie ?

Le séparateur de batterie Il s'agit d'un composant essentiel des batteries au lithium, constitué d'un film poreux à haute teneur en polymère, situé entre les électrodes positive et négative, et d'une épaisseur de seulement 4 à 20 microns. Il est principalement composé de polyéthylène (PE), de polypropylène (PP) ou de matériaux composites PP/PE, et est transformé en une structure microporeuse uniforme par séparation de phases humide ou par étirage à sec (la taille des pores est généralement comprise entre 0,01 et 1 micron).

Lorsque les batteries au lithium subissent des hausses de température anormales dues à une surcharge, un court-circuit ou un environnement à haute température, le séparateur de la batterie active un mécanisme d'autoprotection : les séparateurs en polyéthylène (PE) ferment leurs micropores par contraction thermique à 135 °C ± 2 °C, et ceux en polypropylène (PP) à 165 °C ± 5 °C, interrompant ainsi le passage des ions lithium et stoppant la réaction de charge-décharge de la batterie afin d'éviter toute surchauffe et tout emballement thermique. Cette fonction est cruciale dans les dispositifs à forte puissance tels que les stations de stockage d'énergie et les véhicules à énergies nouvelles. Par exemple, les séparateurs en PP utilisés dans les stations de stockage d'énergie restent stables pendant 30 jours consécutifs à 60 °C et, si la température atteint soudainement 165 °C, ils peuvent rapidement fermer leurs pores pour bloquer le courant, évitant ainsi les incendies et les explosions de la batterie. En revanche, si la stabilité thermique du séparateur est insuffisante (taux de retrait thermique > 5 %), un effondrement des micropores ou une rupture de la membrane peuvent survenir à haute température, empêchant non seulement la fermeture des pores, mais pouvant également provoquer un contact direct entre les électrodes positive et négative et aggravant ainsi les risques pour la sécurité. Grâce aux progrès technologiques, les séparateurs modifiés (tels que les séparateurs à revêtement céramique et PVDF) offrent des avantages supplémentaires : premièrement, ils améliorent la résistance mécanique. Les séparateurs à revêtement céramique présentent une résistance à la perforation supérieure de 20 % à celle des séparateurs ordinaires, assurant une meilleure protection contre la pénétration des dendrites de lithium. Deuxièmement, ils améliorent la mouillabilité par l’électrolyte. L’angle de contact du séparateur revêtu avec l’électrolyte est inférieur à 30°, ce qui améliore encore la conductivité ionique. Troisièmement, ils améliorent la stabilité thermique. Les revêtements céramiques (tels que Al₂O₃ et SiO₂) peuvent augmenter la limite de tolérance thermique du séparateur à plus de 200 °C, élargissant la plage de température de fonctionnement de la batterie de -40 °C à 85 °C, ce qui les rend adaptés à des scénarios d'application extrêmes tels que le froid intense et la chaleur intense.