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    锂电池隔膜

    日期:2016-05-20 标签: 来源:

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    隔膜功能及机理

       电池隔膜最主要的功能是分隔电池中的正负极板,防止正负极板直接接触产生短路,同时,由于隔膜中具有大量曲折贯通的微孔,电池中的正负离子可以在微孔中自由通过,在正负极板之间迁移形成电池内部导电回路,而电子则通过外部回路在正负电极之间迁移形成电流,供用电设备利用。

    基本表征参数及其意义

    1、 厚度

    指隔膜的厚度,在同样大小的电池中,隔膜厚度越厚,能卷绕的层数就越少,相应容量也就会降低;较厚的产品,穿刺强度会稍高,安全性会高一些;同样孔隙率的情况下,越厚的产品,其透气率会稍差,使得电池的内阻会高一点。但是,由于目前的生产技术限制,较厚或较薄的产品在生产上有一定的难度,厚度的均匀性,收得率会低一些。  

    常用单位:μm

    典型值:12、16、20

    影响电池性能:安全性、容量、内阻

    2、透气率

    又叫Gurley数,反映隔膜的透过能力。即一定体积的气体,在一定压力条件下通过1平方英吋面积的隔膜所需要的时间。气体的体积量一般为50ml,有些公司也会标100ml,最后的结果会差两倍。

    常用单位:s/100ml 典型值:200~800s/100ml

    影响电池性能:内阻

    3、吸液率

    反映隔膜材料、微观结构与电池液的浸润性能。

    常用单位:g/m2

    影响电池性能:内阻、容量

    4、化学稳定性

    隔膜的使用环境是一个化学环境,因此要求隔膜对电解液具有化学惰性,即不与电解液发生化学反应,也不能影响电解液的化学性质。

    目前市场上供应的隔膜用材料PE或PP是满足化学惰性要求的。

    5、孔径

    一般湿法隔膜的孔径在0.01~0.1μm,干法隔膜的孔径在0.1~0.3μm,孔径的大小与隔膜的

    透气率有关,过大的孔径有可能导致隔膜穿孔形成电池微短路。

    影响电池性能:内阻、短路率

    6、穿刺强度

    隔膜抗穿刺的能力。

    在电池制造过程中由于电极表面涂覆不够平整、电极边缘有毛刺等情况,以及装配过程中工艺水平有限等因素,因此要求隔膜有相当的穿刺强度。另外,还有一种观点是电池在使用过程中电池内部会逐渐形成枝状晶体,有可能刺破隔膜,造成内部微短路。

    常用单位:g/厚度

    典型值:>300g/20μm(湿法) 影响电池性能:短路率、安全性

    7、拉伸强度

    反映隔膜的拉伸机械强度,拉伸强度大的隔膜在使用中不容易被拉伸变形。 常用单位:MPa

    典型值:湿法,MD/TD>90MPa

    干法,TD>150MPa,MD>5MPa

    影响电池性能:制造过程、安全性

    8、热收缩率

    反映隔膜在受热时的尺寸稳定性。

    除了隔膜需要在电池使用的温度范围内(-20~60℃)保持尺寸稳定外,还有一个就是在电池生产过程中由于电解液对水份非常敏感,大多数厂家会在注液前进行85℃左右的烘烤,要求在这个温度下隔膜的尺寸也应该稳定,否则会造成电池在烘烤时,隔膜收缩过大,极片外露造成短路。

    常用单位:%(90℃2h)或(120℃1h)

    典型值:90℃2h  湿法 MD纵向<5.0%,TD横向<3.0%  干法 MD<3.0%,TD<1.0%

    120℃1h 湿法 MD/TD<20%  干法 MD/TD<10%

    影响电池性能:短路率、安全性

    9、闭孔温度、破膜温度

    反映隔膜耐热性能和热安全性能的重要参数

    闭孔温度是指达到这一温度后,隔膜闭孔,电池内部形成断路,防止电池内部温度由于内部电流过大进一步上升,造成安全隐患。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。闭孔温度与材料本身的熔点密切相关,如PE为128~135℃,PP在150~166℃。当然不同的微结构对热关闭温度有一定的影响。但对于小电池,热关闭机制所起的作用很有限。

    破膜温度是造成电池破坏的极限温度,在此温度下,隔膜完全融化收缩,电极内部短路产生高温直至电池解体或爆炸。

    典型值:PE膜 闭孔128~135℃ 破膜>145℃

    PP 膜  闭孔150~166℃,

    三层复合膜 双闭孔温度,破膜温度高

    影响电池性能:耐热安全性

    10、孔隙率

    反映隔膜内部微孔数量,目前,锂离子电池用隔膜的孔隙率为40%左右。孔隙率的大小和内阻有一定的关系,但不同种隔膜之间的空隙率的绝对值无法直接比较。

    典型值:40~60%

    影响电池性能:内阻

    11、静电

    隔膜表面带有较强静电时,会造成隔膜吸尘,还会造成叠片时与极片吸在一起,不容易与极片对齐,使生产效率降低。

    12、弯曲度

    隔膜分切后产生的弧形,弧形明显时会造成叠片不齐,卷绕时产生涡状,造成极片外露而短路。

    13、面密度

    指隔膜单位面积的重量。

    由于隔膜含有大量微孔,随着微孔数量减少,隔膜面密度的增大,孔隙率、透气率会降低。不同厚度、不同工艺的隔膜,其面密度无可比性。

    常用单位:g/m2 典型值:8~12 g/m2

    影响电池性能:内阻

     

     

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