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鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎

來源:存能電氣  日期:2019-06-11 16:59  瀏覽量:

  鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎?現(xiàn)代電動汽車的迅速崛起對電池能量密度提出了越來越高的要求,現(xiàn)在商用的鋰離子電池已達不到一些電子設(shè)備的應用要求,而近幾年研究日臻火熱的鋰硫電池具有高能量密度,其理論能量密度達到2600Wh·kg-1,是商用鋰電池的5倍,符合電動汽車對電池的要求,也符合電子便攜設(shè)備對電池“輕、小、薄”的要求。那么鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎?它們之間有什么相似之處和不同之處呢?

鋰電池隔膜.jpg

  鋰硫電池隔膜

  典型的鋰硫電池一般采用單質(zhì)硫作為正極,金屬鋰片作為負極,它的反應機理不同于鋰電池的離子脫嵌機理,而是電化學機理。

  鋰硫電池以硫為正極反應物質(zhì),以鋰為負極。放電時負極反應為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子,正極反應為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物,正極和負極反應的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下,鋰硫電池的正極和負極反應逆向進行,即為充電過程。根據(jù)單位質(zhì)量的單質(zhì)硫完全變?yōu)镾2-所能提供的電量可得出硫的理論放電質(zhì)量比容量為1675mAh/g,同理可得出單質(zhì)鋰的理論放電質(zhì)量比容量為3860mAh/g。鋰硫電池的理論放電電壓為2.287V,當硫與鋰完全反應生成硫化鋰(Li2S)時。相應鋰硫電池的理論放電質(zhì)量比能量為2600Wh/kg。

  近日,南京大學教授團隊報道了以HKUST-1納米粒子為裝配單元,以PVDF-HFP為粘結(jié)劑,設(shè)計制備了具有良好柔韌性的金屬有機骨架膜(MOF@PVDF-HFP)。所制備的MOF@PVDFHFP電池隔膜顯示出良好的柔韌性,并且可以被認為是有效地限制陰極側(cè)中的多硫化物中間體的良好物理屏障。同時,即使在超高電流密度(10mAcm-2)下,MOF@PVDF-HFP隔膜也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的鋰沉積/剝離。在Li-S紐扣電池中引入MOF@PVDF-HFP隔膜后,實現(xiàn)了超長循環(huán)壽命,具有超低的容量衰減率。更重要的是,由MOF@PVDF-HFP隔膜組裝的具有高硫負載量的柔性Li-S軟包電池在不同的彎曲形狀下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性,進一步說明了MOF@PVDF-HFP膜在實際應用中的潛在可能性。

  鋰電池隔膜

  鋰電池隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來,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。隔膜材質(zhì)是不導電的,其物理化學性質(zhì)對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同,采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列,由于電解液為有機溶劑體系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

  主要的鋰電池隔膜材料產(chǎn)品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等,其中前兩類產(chǎn)品主要用于3C小電池領(lǐng)域,后幾類產(chǎn)品主要用于動力鋰電池領(lǐng)域。在動力鋰電池用隔膜材料產(chǎn)品中,雙層PP/PP隔膜材料主要由中國企業(yè)生產(chǎn),在中國大陸使用,這主要是因為目前階段還沒有中國企業(yè)能將PP與PE制成雙層復合膜的技術(shù)和能力。而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產(chǎn)品為主。

  鋰電池隔膜材料作用有哪些?

  一、給電池提供安全保障

  隔膜材料首先必須具備良好的絕緣性,以防止正負極接觸短路或是被毛刺、顆粒、枝晶刺穿而出現(xiàn)的短路,因此,隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺強度,不易撕裂,并在突發(fā)的高溫條件下基本保持尺寸的穩(wěn)定,不會熔縮導致電池的大面積短路和熱失控。

  二、鋰電池提供實現(xiàn)充放電功能、倍率性能的微孔通道

  因此,隔膜必須是具有較高孔隙率而且微孔分布均勻的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制約著電池中鋰離子的遷移,體現(xiàn)在性能參數(shù)上就是離子電導率。

  作為鋰電池的關(guān)鍵材料,電池隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用,阻止正負極直接接觸,允許電解液中鋰離子自由通過,同時,隔膜對于保障鋰電池的安全運行也起至關(guān)重要的作用。性能優(yōu)異的隔膜對提高鋰電池的綜合性能具有重要的作用。預計鋰電池隔膜行業(yè)至2020年將繼續(xù)保持30%左右復合增速。

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