鋰電隔膜基本參數(shù),鋰電池隔膜的安全性能要求

來源：存能電氣  日期：2019-08-08 16:36  瀏覽量：次

　　鋰電隔膜基本參數(shù)，鋰電池隔膜的安全性能要求。隔膜作為鋰電池的重要組成部件，對(duì)阻隔電子通過防止短路和保證內(nèi)部離子透過使電池高效、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行具有重要意義。雖然隔膜自身未發(fā)生任何的電化學(xué)反應(yīng)，但其結(jié)構(gòu)和性能卻影響電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻等，進(jìn)而影響鋰電池整體的容量、充放電電流密度、循環(huán)性能以及安全性等。因此通過對(duì)鋰電池隔膜的各項(xiàng)性能參數(shù)的分析測試和調(diào)控，可有效提高電池的安全性能。

　　鋰電隔膜主要性能指標(biāo)

　　參考美國先進(jìn)電池聯(lián)盟(USABC)對(duì)鋰離子電池隔膜性能參數(shù)的規(guī)定，電池隔膜性能大致可以分為理化特性、力學(xué)性能、熱性能及其電化學(xué)性能4個(gè)方面。

　　其中，理化特性包括厚度、孔隙率、平均孔徑大小與孔徑分布、透氣性、曲折度、潤濕性、吸液率、化學(xué)穩(wěn)定性8項(xiàng)參數(shù)；力學(xué)性能主要包括穿刺強(qiáng)度、混合穿刺強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度3項(xiàng)參數(shù)；熱性能包括熱閉合溫度、熔融破裂溫度和熱收縮率3項(xiàng)指標(biāo)；電化學(xué)性能包括線性伏掃描測試(LSV)、電化學(xué)阻抗譜測試(EIS)、循環(huán)性能(CP)、離子電導(dǎo)率和Mac-Mullin值5項(xiàng)參數(shù)。

　　鋰電隔膜基本參數(shù)

　　●孔徑

　　一般來說，隔膜為了阻止電極顆粒的直接接觸，很重要的一點(diǎn)就是防止電極顆粒直接通過隔膜。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級(jí)，而所使用的導(dǎo)電添加劑則在10納米的量級(jí)，不過很幸運(yùn)的是一般碳黑顆粒傾向于團(tuán)聚形成大顆粒。一般來說，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過，當(dāng)然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多導(dǎo)致的一些諸如微短路等情況。

　　●穿刺強(qiáng)度

　　這個(gè)參數(shù)實(shí)際上是由于電極表面不夠平整，以及裝配過程中工藝水平有限而提出的一個(gè)要求，因此要求隔膜有相當(dāng)?shù)拇┐虖?qiáng)度。穿刺強(qiáng)度的測試有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可遵循，大致是在一定的速度(每分鐘3-5米)下，讓一個(gè)沒有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環(huán)狀固定的隔膜，為穿透隔膜所施加在針上的最大力就稱為穿刺強(qiáng)度。同樣的，由于測試的時(shí)候所用的方法和實(shí)際電池中的情況有很大的差別，直接比較兩種隔膜的穿刺強(qiáng)度不是特別合理，但在微結(jié)構(gòu)一定的情況下，相對(duì)來說穿刺強(qiáng)度高的，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強(qiáng)度，必然導(dǎo)致隔膜的其他性能下降。

　　●熱穩(wěn)定性

　　隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)(-20C~60C)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。

　　●熱關(guān)閉溫度

　　內(nèi)容由于安全性問題比較嚴(yán)重，目前鋰電池用隔膜一般都能夠提供一個(gè)附加的功能，就是熱關(guān)閉。一般我們將原理電池(兩平面電極中間夾一隔膜，使用通用鋰離子電池用電解液)加熱，當(dāng)內(nèi)阻提高三個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)的溫度稱為熱關(guān)閉溫度。這一特性可以為鋰離子電池提供一個(gè)額外的安全保護(hù)。實(shí)際上關(guān)閉溫度和材料本身的熔點(diǎn)密切相關(guān)，如PE為135C附近。當(dāng)然不同的微結(jié)構(gòu)對(duì)熱關(guān)閉溫度有一定的影響。但對(duì)于小電池，熱關(guān)閉機(jī)制所起的作用很有限。

　　鋰電池隔膜的安全性能要求

　　1、力學(xué)性能

　　隔膜的力學(xué)性能是影響其應(yīng)用的一個(gè)重要因素，如果隔膜破裂，就會(huì)發(fā)生短路，降低成品率，因此要求隔膜在電池組裝和充放電結(jié)構(gòu)使用過程中，需要自身具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。隔膜的機(jī)械強(qiáng)度可用抗穿刺強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度來衡量。

　　拉伸強(qiáng)度，隔膜的拉伸強(qiáng)度與制膜的工藝相關(guān)聯(lián)。采用單軸拉伸，膜在拉伸方向上與垂直方向強(qiáng)度不同；而采用雙軸拉伸時(shí)，隔膜在兩個(gè)方向上一致性會(huì)相近。一般拉伸強(qiáng)度主要是指縱向強(qiáng)度要達(dá)到100MP以上，橫向強(qiáng)度不能太大，過大會(huì)導(dǎo)致橫向收縮率增大，這種收縮會(huì)加大鋰電池廠家正、負(fù)極接觸的幾率。

　　抗穿刺強(qiáng)度，抗穿刺強(qiáng)度是指施加在給定針形物上用來戳穿隔膜樣本的質(zhì)量，用它來表示隔膜在裝配過程中發(fā)生短路的趨勢。因隔膜是被夾在凹凸不平的正、負(fù)極片間，需要承受很大的壓力。為了防止短路，所以隔膜必須具備一定的抗穿刺強(qiáng)度?？勾┐虖?qiáng)度值一般在300-500g。

　　2、透過性能

　　透過性能可用在一定時(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。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。

　　經(jīng)過幾年的發(fā)展，我國鋰電池隔膜取得了較大進(jìn)步，成為全球鋰離子電池的重要生產(chǎn)地之一。鋰電池的安全與環(huán)保要求越來越高，隔膜作為鋰電池內(nèi)部的重要組成部分，它的安全性能也是鋰電池行業(yè)重要考慮點(diǎn)之一。隨著世界各國對(duì)于鋰電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)的不斷研究與不斷改進(jìn)，存能電氣相信其安全性能會(huì)逐步提高，并且能夠得到更為廣泛的運(yùn)用。