隔膜對(duì)鋰電池性能的影響[務(wù)實(shí)運(yùn)用]

1、 隔膜對(duì)鋰電池性能的影響 1）OCV特性：對(duì)于電壓一致性要求較高的18650 電池為例，薄隔膜或孔洞過大會(huì)加快電池的自放電過程，從而降低電池的電壓一致性。筆者經(jīng)驗(yàn)，較薄的單層隔膜有著相對(duì)大一寫的自放電速度表現(xiàn)。 2）電化學(xué)特性： 三層隔膜與單層隔膜相比，單層隔膜由于通常厚度較薄，離子遷移通道較短，極化現(xiàn)象有一定消弱，電池的低溫電壓平臺(tái)相對(duì)較高。同理，采用薄隔膜或者大孔徑隔膜的電池循環(huán)也表現(xiàn)相對(duì)較好。 3)厚度: 對(duì)于消耗型鋰離子電池（手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)中使用的電池），25微米的隔膜逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于人們對(duì)便攜式產(chǎn)品的使用的日益增長，更薄的隔膜，比如說20微米、18微米、16微米、

2、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應(yīng)用。對(duì)于動(dòng)力電池來說，由于裝配過程的機(jī)械要求，往往需要更厚的隔膜，當(dāng)然對(duì)于動(dòng)力用大電池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時(shí)意味著更好的安全性. 4)透氣率: 從學(xué)術(shù)角度來說，隔膜在電池中是惰性的，即隔膜不是電池的必要組成部分，而僅僅是電池工業(yè)化生產(chǎn)的要求。隔膜的存在首先要滿足它不能惡化電池的電化學(xué)性能，主要表現(xiàn)在內(nèi)阻上。含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值稱為MacMullin數(shù)。一般來說，消耗型鋰離子電池的這個(gè)數(shù)值為接近 8，當(dāng)然這個(gè)數(shù)值越小越好。通常來說，鋰離子電池隔膜中會(huì)有一個(gè)透氣率的參數(shù)，或者叫Gurley數(shù)。這個(gè)數(shù)是這么定義的，即

3、一定體積的氣體，在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所需要的時(shí)間，氣體的體積量一般為50cc，有些公司也會(huì)標(biāo)100cc，最后的結(jié)果會(huì)差兩倍。面積應(yīng)該是1平方英寸，壓力差記不太清楚了。這個(gè)數(shù)值從一定意義上來講，和用此隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比，即該數(shù)值越大，則內(nèi)阻越大。然而，對(duì)于不同的隔膜，該數(shù)字的直接比較沒有任何意義。因?yàn)殇囯x子電池中的內(nèi)阻和離子傳導(dǎo)有關(guān)，而透氣率和氣體傳到有關(guān)，兩種機(jī)理是不一樣的。換句話說，單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒有意義的，因?yàn)榭赡軆煞N隔膜的微觀結(jié)構(gòu)完全不一樣；但同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小能很好的反應(yīng)出內(nèi)阻的大小，因?yàn)橥环N隔膜相對(duì)來說微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可

4、比較的。 5) 浸潤度: 為了保證電池的內(nèi)阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液完全浸潤。這方面沒有一個(gè)公認(rèn)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。大致可以通過以下試驗(yàn)來判斷：取典型電解液（如 EC：DMC=1:1，1M LiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴會(huì)迅速消失被隔膜吸收，如果是則說明浸潤性基本滿足要求。更準(zhǔn)確的測試可以用超高時(shí)間分辨的攝像機(jī)記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程，計(jì)算時(shí)間，通過時(shí)間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。浸潤度一方面?zhèn)€隔膜材料本身相關(guān)，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 6)化學(xué)穩(wěn)定性: 換句話說就是要求隔膜在電化學(xué)反應(yīng)中是惰性的。經(jīng)過若干年的工業(yè)化檢驗(yàn)，一般認(rèn)為目前隔膜用材料P

5、E或PP是滿足化學(xué)惰性要求的。 7)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。 8) 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

6、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。 9) 熱穩(wěn)定性: 隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)（-20C60C）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 10)熱關(guān)閉溫度: 由于安全性問題比較嚴(yán)重，目前鋰離子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。 11) 孔隙率: 目前，鋰離子電池用隔膜的孔隙率為40%左右?？紫堵实拇笮『蛢?nèi)阻有一定的關(guān)系，但不同種隔膜之間的空隙率的絕對(duì)值無法直接比較。