鋰電池隔膜結(jié)構(gòu)特性和隔膜理化性質(zhì)解析

來源：存能電氣  日期：2019-05-10 13:38  瀏覽量：次

　　鋰電池隔膜結(jié)構(gòu)特性和隔膜理化性質(zhì)解析。鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜采用塑料膜制成，可隔離電池正負(fù)極，以防止出現(xiàn)短路；還可以在電池過熱時(shí)，通過閉孔功能來阻隔電池中的電流傳導(dǎo)。性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高鋰電池的綜合性能具有重要的作用。

　　鋰電池隔膜的結(jié)構(gòu)特性

　　◆厚度。鋰電池隔膜的厚度一般≤25μm。在保證一定的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，隔膜的厚度越薄越好?，F(xiàn)在，新型的高能電池大都采用膜厚20μm或16μm的單層隔膜。

　　◆孔徑和分布。作為鋰電池隔膜材料，本身具有微孔結(jié)構(gòu)，容許吸納電解液；為了保證電池中一致的電極/電解液界面性質(zhì)和均一的電流密度，微孔在整個(gè)隔膜材料中的分布應(yīng)當(dāng)均勻?？讖降拇笮∨c分布的均一性對(duì)鋰電池性能有直接的影響：孔徑太大，容易使正負(fù)極直接接觸或易被鋰枝晶刺穿而造成短路；孔徑太小則會(huì)增大電阻。微孔分布不勻，工作時(shí)會(huì)形成局部電流過大，影響電池的性能。

　　◆孔隙率。透過性可用在一定時(shí)間和壓力下通過隔膜氣體的量的多少來表征，主要反映了鋰離子透過隔膜的通暢性?？紫堵蕦?duì)膜的透過性和電解液的容納量非常重要。大多數(shù)商用鋰離子電池隔膜的孔隙率在40％-50％之間。

　　◆透過性。一定條件下一定量空氣通過隔膜所需要的時(shí)間，稱作Gurly值。鋰電池隔膜透過性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔的形狀及孔曲折度等隔膜內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)綜合因素影響的結(jié)果。

　　◆熱穩(wěn)定性:隔膜需要在鋰電池使用的溫度范圍內(nèi)（-20℃~60℃）保持熱穩(wěn)定。一般來說目前隔膜使用的PE或PP材料均可以滿足上述要求。當(dāng)然還有一個(gè)就是由于電解液對(duì)水份敏感，大多數(shù)廠家會(huì)在注液前進(jìn)行80C左右的烘烤，這對(duì)PP/PE隔膜也不會(huì)存在太大的問題。

　　◆一致性:由于制備工藝的不同，鋰電池隔膜一致性可能差別較大。一致性包括閉合溫度等自身特性，以及電鏡下觀察孔洞的一致性和厚度的一致性等表觀一致性。

　　鋰電池隔膜理化性質(zhì)

　　1.潤(rùn)濕性和潤(rùn)濕速度。隔膜的潤(rùn)濕性不好會(huì)增加隔膜和鋰電池的電阻，影響鋰電池的循環(huán)性能和充放電效率。隔膜的潤(rùn)濕速度是指電解液進(jìn)入隔膜微孔的快慢，它與隔膜的表面能、孔徑、孔隙率、曲折度等特性有關(guān)。

　　2.隔膜的吸液率。由于鋰電池隔膜材料兼具電解質(zhì)的功能，所以必須具備下列條件：足夠的吸液率以保證離子通道暢通無阻，而且在電池體系中，不可避免的會(huì)有大量的副反應(yīng)發(fā)生，消耗大量的電解液，所以必須有足夠的貯備，否則就會(huì)由于電解液的缺少引起界面電阻的增加，同時(shí)還會(huì)加速電解液的消耗，這將是惡性的循環(huán)，所以吸液率是個(gè)很重要的隔膜參數(shù)。

　　3.化學(xué)穩(wěn)定性。隔膜在電解液中應(yīng)當(dāng)保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，在強(qiáng)氧化和強(qiáng)還原的條件下，不與電解液和電極物質(zhì)發(fā)應(yīng)。隔膜的化學(xué)穩(wěn)定性是通過測(cè)定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評(píng)價(jià)的。

　　4.熱穩(wěn)定性。鋰電池在充放電過程中會(huì)釋放熱量，尤其在短路或過充電的時(shí)候，會(huì)有大量熱量放出。因此，當(dāng)溫度升高的時(shí)候，隔膜應(yīng)當(dāng)保持原來的完整性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，繼續(xù)起到正負(fù)電極的隔離作用，防止短路的發(fā)生。

　　5.隔膜的電阻。隔膜的電阻率實(shí)際上是微孔中電解液的電阻率，它與很多因素有關(guān)，如孔隙度、孔的曲折度、電解液的電導(dǎo)率、膜厚和電解液對(duì)隔膜材料的潤(rùn)濕程度等。測(cè)試隔膜電阻更常用的是交流阻抗法，由于薄膜很薄，往往存在疵點(diǎn)而使測(cè)量結(jié)果的誤差增大，因此經(jīng)常采用多層試樣，再取測(cè)量的平均值。

　　6.自閉性能。在一定的溫度以上時(shí)，鋰電池內(nèi)的組分將發(fā)生放熱反應(yīng)而導(dǎo)致“自熱”，另外由于充電器失靈、安全電流失靈等將導(dǎo)致過度充電或者電池外部短路時(shí)，這些情況都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。由于聚烯烴材料的熱塑性質(zhì)，當(dāng)溫度接近聚合物熔點(diǎn)時(shí)，多孔的離子傳導(dǎo)的聚合物膜會(huì)變成無孔的絕緣層，微孔閉合而產(chǎn)生自關(guān)閉現(xiàn)象，從而阻斷離子的繼續(xù)傳輸而形成斷路，起到保護(hù)電池的作用，因此聚烯烴隔膜能夠?yàn)殡姵靥峁╊~外的保護(hù)。

　　隔膜的主要作用是使鋰電池的正、負(fù)極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。據(jù)了解，隔膜的優(yōu)異與否直接影響鋰電池的容量、循環(huán)能力以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。