18650鋰離子電池隔膜的性能特征

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1、18650鋰離子電池隔膜的性能特征18650鋰離子電池隔膜的性能特征表現(xiàn)在哪些方面鋰離子電池/特征資料1孔隙率大多數(shù)鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%-50%之間，其中有些商品隔膜(如表面經(jīng)表面活性劑處理)其孔隙率低于30%，也有的隔膜孔隙率較高，可達(dá)60%左右。高性能的鋰離子電池主要依賴于隔膜中所填充液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性，鋰離子電池的非水液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率一般在10的負(fù)二次方-10的負(fù)三次方S·cm負(fù)一次方范圍內(nèi)。盡管隔膜能有效阻止正負(fù)極之間短路，降低正負(fù)極之間的距離，從而相應(yīng)地降低電池的阻抗，

2、但它的存在導(dǎo)致電解液中有效離子傳導(dǎo)率下降，增加了電池的阻抗，有的隔膜甚至可以導(dǎo)致離子傳導(dǎo)率下降1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。原則上，對(duì)于一定的電解質(zhì)，具有高孔隙率的隔膜可降低電池的阻抗，但是孔隙率并非越高越好，孔隙率越高，它們的抗力學(xué)性能及抗開孔性能就越差。即使孔隙率及厚度一致，由于孔的貫通性不一樣，其阻抗也可能不相同。2孔徑大小及分布商品膜的孔徑一般在0.03-0.05μm或0.09-0.12μm，大多商品膜的最大孔徑與平均孔徑分布的差別低于0.01μm，孔徑分布較窄。亞微米級(jí)孔徑對(duì)于防止鋰電池的正負(fù)極短路是極

3、其重要的。隔膜越薄，越有利于溶質(zhì)通過，從而提高能量密度及降低電池的阻抗，但是為了防止電極上掉下來的活性物質(zhì)通過隔膜而引起物理短路，其厚度一般為25-35μm?？讖降拇笮〖胺植寂c微孔膜的制備方法有關(guān)，在熔融擠出/拉伸/熱定型方法中，與熔融擠出的溫度、應(yīng)力、冷卻條件及拉伸條件等工藝條件有很大關(guān)系，此外還與加入成核劑的種類及數(shù)量密切相關(guān)。而在熱致相分離方法中，其孔徑的大小及分布與添加的第二組分的數(shù)量、擠出溫度及拉伸條件有關(guān)。3透氣度隔膜的透氣度，是指在一定條件下（壓力、測(cè)定面積），一定量氣體通過隔膜所需的

4、時(shí)間，稱作Gurley指數(shù)。透氣度是透氣膜的一種重要的物化指標(biāo)，它是由膜的孔徑大小、孔徑分布、孔隙率等決定的。由于透氣度的測(cè)定方法比較簡(jiǎn)便，經(jīng)常用來作為評(píng)價(jià)隔膜對(duì)電池性能影響的參數(shù)。壓降隨時(shí)間下降越快，表明隔膜的透氣率越高，反之則越低。一般而言，孔隙率越低，壓降下降越慢，透氣率越低。雙層或多層膜的透氣率一般低于同種材料的單層膜，對(duì)于孔隙率相同的同種材料，透氣率相近；不同材料即使孔隙率相近，但是由于孔徑貫通性的差別，其透氣率也有很大的差別。4電性能隔膜的絕緣性能可以用絕緣耐壓性來評(píng)價(jià)。如果隔膜的絕緣耐

5、壓性高，它的電接觸耐壓能力也就提高。注入電解液前在電池上加電壓，如果有電流，那就說明有電接觸。此評(píng)價(jià)的結(jié)果依賴于隔膜的強(qiáng)度和電池裝配條件，尤其是依賴于電極的設(shè)計(jì)。隔膜在保持電解液時(shí)電阻要低，如果此時(shí)電阻過高必將影響電池的容量特性及電池性能。電阻根據(jù)電解不同發(fā)生變化，含有鋰鹽的PC/DME阻抗的數(shù)值在Ω·cm2的數(shù)量級(jí)。5熱性能與大多數(shù)電池一樣，在一定的溫度以上電池內(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、安全電流失靈等將會(huì)導(dǎo)致過度充電發(fā)生，鋰離子電池在過度充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，鋰電池中隔

6、膜的自關(guān)閉性質(zhì)是鋰離子電池限制溫度升高及防止短路的有效方法之一。當(dāng)溫度接近聚合物熔點(diǎn)時(shí)，傳導(dǎo)離子的多孔聚合物膜變成了無(wú)孔的絕緣層，微孔閉合而產(chǎn)生自關(guān)閉現(xiàn)象。這時(shí)，阻抗明顯上升，通過電池的電流也受到限制，因而可防止由于過熱而引起的爆炸等現(xiàn)象，這種功能稱為隔膜的電流切斷(shutdown)特性。大多數(shù)聚烯烴隔膜由于其熔化溫度低于200℃，如聚乙烯隔膜的自閉溫度為130-140℃，而聚丙烯隔膜的自閉溫度為170℃左右。但在某些情況下，即使已經(jīng)“自閉”，電池的溫度仍然可能繼續(xù)升高，為了提高電池隔膜在shut

7、down熔化溫度的范圍，保證隔膜能耐足夠高的強(qiáng)度，近年來開發(fā)了PP與PE復(fù)合膜。由于PP/PE/PP復(fù)合隔膜提供了較低的自閉溫度，同時(shí)又保持了其強(qiáng)度，復(fù)合隔膜具有二者的優(yōu)勢(shì)，其安全性要比只用單層膜要好。圖7-118為含聚烯烴隔膜的鋰離子電池升溫時(shí)阻抗與溫度的關(guān)系。圖中ａ為采用單層PP隔膜的鋰離子電池，在溫度為165℃時(shí)阻抗明顯升高約2個(gè)數(shù)量級(jí)，但是其阻抗仍然不是很高，此情形下仍有可能繼續(xù)充電而導(dǎo)致安全問題；b為PE隔膜，其自閉溫度為135℃，此時(shí)阻抗約升高3個(gè)數(shù)量級(jí)，可以看出PE具有較低的自閉溫度及

8、高的阻抗；c為PP/PE/PP多層隔膜，其自閉溫度寬且自閉時(shí)阻抗較高，在鋰離子電池中使用較安全。因此多層復(fù)合隔膜既具有一定的強(qiáng)度又具有較低的自閉溫度，較適合作為鋰離子電池隔膜。值得指出的是，并不是所有隔膜都具有相同的關(guān)閉行為，其關(guān)閉能力與聚合物的分子量、結(jié)晶度、加工歷史等有關(guān)。6機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是隔膜在長(zhǎng)度方向以及垂直方向的拉伸強(qiáng)度，另一個(gè)是在厚度方向上的穿刺強(qiáng)度。鋰離子電池對(duì)隔膜的強(qiáng)度要求較高，一般而言孔隙率越高，其阻抗越低，強(qiáng)度下降。由于濕法和干法