《鋰離子電池隔膜》PPT課件

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1、培訓(xùn)教程鋰離子電池隔膜基礎(chǔ)知識1Editor:FrankVeken_Baowang教程大綱鋰離子電池隔膜簡介鋰離子電池隔膜生產(chǎn)工藝隔膜市場現(xiàn)狀隔膜部分生產(chǎn)設(shè)備在鋰離子電池中，隔膜的作用主要有兩個方面：一方面起到分隔正、負(fù)極，防止短路的作用；另一方面，隔膜能夠讓鋰離子通過，形成充放電回路。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及安全性能。隔膜越薄，孔隙率越高，電池內(nèi)阻越小，高倍率放電性能越好，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜簡介鋰離子電池隔膜作用示意圖鋰離子電池隔膜

2、實(shí)物圖鋰離子電池對隔膜的要求具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對鋰離子有很好的透過性；耐電解液腐蝕，電化學(xué)穩(wěn)定性好；對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力；具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；空間穩(wěn)定性和平整性好；熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷保護(hù)性能好。①厚度對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、甚至更

3、薄的隔膜開始大范圍的應(yīng)用。對于動力電池來說，由于裝配過程的機(jī)械要求，往往需要更厚的隔膜，當(dāng)然對于動力用大電池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時意味著更好的安全性，EV/HEV使用的是厚度為40微米左右的隔膜。鋰離子電池隔膜性能參數(shù)②透氣率MacMullin數(shù)：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。此數(shù)值越小越好，消耗型鋰離子電池的這個數(shù)值為接近8。Gurley數(shù)：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間。與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

4、大。單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒有意義的，因為可能兩種隔膜的微觀結(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，因為同一種隔膜相對來說微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可比較的。③浸潤度為保證電池的內(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，這與隔膜材料本身和隔膜的表面及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)。粗略判斷：取典型電解液（如EC：DMC=1:1，1MLiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴會迅速消失被隔膜吸收。精確判斷：用超高時間分辨的攝像機(jī)記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程，計算時

5、間，通過時間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。④化學(xué)穩(wěn)定性要求隔膜在電化學(xué)反應(yīng)中是惰性的，且對強(qiáng)還原、強(qiáng)氧化不活潑，機(jī)械強(qiáng)度不衰減，不產(chǎn)生雜質(zhì)。一般認(rèn)為，目前隔膜用材料PE或PP可滿足化學(xué)惰性要求。⑤孔徑防止電極顆粒直接通過隔膜，要求隔膜孔徑為0.01-0.1μm,小于0.01μm時，鋰離子穿透能力太小，大于0.1μm時，電池內(nèi)部枝晶生成時電池易短路。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級，而所使用的導(dǎo)電添加劑則在10納米的量級，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

6、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。⑥穿刺強(qiáng)度穿刺強(qiáng)度：在一定的速度（每分鐘3-5米）下，讓一個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。由于測試的時候所用的方法和實(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。⑦熱穩(wěn)定性隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)（-20℃～60℃）保持熱穩(wěn)

7、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。通常，真空條件下，90℃恒溫60分鐘，隔膜橫向縱向收縮應(yīng)小于5%。⑧熱關(guān)閉溫度熱關(guān)閉溫度：將模擬電池（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)阻提高三個數(shù)量級時的溫度。閉孔溫度：外部短路或非正常大電流通過時產(chǎn)生的熱量使隔膜微孔閉塞時的溫度。熔融破裂溫度：將隔膜加熱，當(dāng)溫度超過試樣熔點(diǎn)使試樣發(fā)生破裂時的溫度。⑨孔隙率大多數(shù)鋰離子電池隔膜孔隙率在30%-50%之間?？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值

8、無法直接比較。鋰離子電池隔膜生產(chǎn)工藝聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價的特點(diǎn)。隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。盡管近年來有研究用聚偏氟乙烯、纖維素復(fù)合膜等材料制備鋰離子電池隔膜，但至今商品化的電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜?；w材料造孔工程技術(shù)生產(chǎn)工藝干法濕法單向拉伸工藝雙向拉伸工藝造孔工程技術(shù)干法單向拉伸工藝干法單向