隔膜對鋰電池性能的影響.doc

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1、隔膜對鋰電池性能的影響1）OCV特性：對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。筆者經驗，較薄的單層隔膜有著相對大一寫的自放電速度表現。???2）電化學特性：???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，極化現象有一定消弱，電池的低溫電壓平臺相對較高。同理，采用薄隔膜或者大孔徑隔膜的電池循環(huán)也表現相對較好。???3)厚度:???對于消耗型鋰離子電池（手機、筆記本電腦、數碼相機中使用的電池），25微米的隔膜逐漸成為標準。然而，由于人們對便攜式產品的使用的日益增

2、長，更薄的隔膜，比如說20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應用。對于動力電池來說，由于裝配過程的機械要求，往往需要更厚的隔膜，當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.???4)透氣率:???從學術角度來說，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)化生產的要求。隔膜的存在首先要滿足它不能惡化電池的電化學性能，主要表現在內阻上。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。一般來說，消耗型鋰離子電池的這個數值為接近8，當然這個數值越

3、小越好。通常來說，鋰離子電池隔膜中會有一個透氣率的參數，或者叫Gurley數。這個數是這么定義的，即一定體積的氣體，在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所需要的時間，氣體的體積量一般為50cc，有些公司也會標100cc，最后的結果會差兩倍。面積應該是1平方英寸，壓力差記不太清楚了。這個數值從一定意義上來講，和用此隔膜裝配的電池的內阻成正比，即該數值越大，則內阻越大。然而，對于不同的隔膜，該數字的直接比較沒有任何意義。因為鋰離子電池中的內阻和離子傳導有關，而透氣率和氣體傳到有關，兩種機理是不一樣的。換句話說，單純比較兩種不同隔膜的Gurley數是沒有意義的

4、，因為可能兩種隔膜的微觀結構完全不一樣；但同一種隔膜的Gurley數的大小能很好的反應出內阻的大小，因為同一種隔膜相對來說微觀結構是一樣的或可比較的。???5)?浸潤度:???為了保證電池的內阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液完全浸潤。這方面沒有一個公認的檢測標準。大致可以通過以下試驗來判斷：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，如果是則說明浸潤性基本滿足要求。更準確的測試可以用超高時間分辨的攝像機記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程，計算時間，通過時間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。

5、浸潤度一方面?zhèn)€隔膜材料本身相關，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內部微觀結構密切相關。???6)化學穩(wěn)定性:???換句話說就是要求隔膜在電化學反應中是惰性的。經過若干年的工業(yè)化檢驗，一般認為目前隔膜用材料PE或PP是滿足化學惰性要求的。???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，而所使用的導電添加劑則在10納米的量級，不過很幸運的是一般碳黑顆粒傾向于團聚形成大顆粒。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，當然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多

6、導致的一些諸如微短路等情況。???8)穿刺強度:???這個參數實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要求，因此要求隔膜有相當的穿刺強度。穿刺強度的測試有工業(yè)標準可遵循，大致是在一定的速度（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就稱為穿刺強度。同樣的，由于測試的時候所用的方法和實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度不是特別合理，但在微結構一定的情況下，相對來說穿刺強度高的，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強度，必然導致隔膜的其他性能下降。??

7、?9)熱穩(wěn)定性:???隔膜需要在電池使用的溫度范圍內（-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。當然還有一個就是由于電解液對水份敏感，大多數廠家會在注液前進行80C左右的烘烤，這對PP/PE隔膜也不會存在太大的問題???10)熱關閉溫度:???由于安全性問題比較嚴重，目前鋰離子電池用隔膜一般都能夠提供一個附加的功能，就是熱關閉。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，當內阻提高三個數量級時的溫度稱為熱關閉溫度。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護。實際上關閉溫度

8、和材料本身的熔點密切相關，如PE為135C附近。當然不同的微結構對熱關閉溫度有一定的影響。但對