全球滚动:锂离子电池聚烯烃隔膜的特性介绍

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全球滚动:锂离子电池聚烯烃隔膜的特性介绍

时间 :2023-07-04 14:00:56 来源 : 哔哩哔哩

锂离子电池聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。聚烯烃材料价格低廉，有较好的机械强度和化学稳定性，用该原料制作的微孔隔膜被广泛地应用在锂离子电池中。聚烯烃电池隔膜的厚度、孔径、孔隙率、透过性、机械性能、化学稳定性、电阻、润湿性、热稳定性等特性；对电池性能和安全有很大影响。

锂离子电池聚烯烃隔膜的特性介绍

(资料图片)

(1)厚度

锂离子电池隔膜的厚度一般≤25μm。在保证一定的机械强度的前提下，隔膜的厚度越薄越好。现在，新型的高能电池大都采用膜厚20μm或16μm的单层隔膜；电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)所用电池的隔膜在40μm左右[2]，这是电池大电流放电和高容量的需要，而且隔膜越厚，其机械强度就越好，在组装电池过程中不易短路。

(2)透过性

透过性可用在一定时间和压力下通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。其中孔曲折度对透过性影响最大，孔曲折度升高将使透过性呈平方级下降。孔曲折度定义为气体或液体在隔膜中实际通过的路程与隔膜厚度之比：式中：T—孔的曲折度，Ls—气体或液体实际通过的路程长，d—隔膜的厚度。可以用压降仪来测定电池隔膜的透气率，压降随时间下降越快，表明隔膜的透气率越高，反之则愈低。一般而言，孔隙率越低，压降下降越慢，透气率越低。

透气率也可以用Gurley值[4]来表征，它是指特定量的空气在特定的压力下通过特定面积的隔膜所需要的时间(如10mL气体在5cm汞柱压力下通过1cm2隔膜的时间)。它与孔隙度、孔径、厚度和孔的曲折度有关，是衡量隔膜透过性好坏的一个量度。式中：tGur—Gurley值；T—孔的曲折度；L—膜厚(cm)；ω—孔隙率；d—孔径。用Gurley值表征膜是因为该值容易测量且较为准确，它与某特征值的偏离可反映膜存在的问题。如果高于特定标准值表明膜表面有损伤，低于标准值则表明隔膜存在针孔。而且，对于同一个隔膜样本来说，Gurley值的大小与隔膜电阻的高低成正比。

(3)隔膜材料的机械强度

隔膜的机械强度可用抗张强度和抗刺穿强度来衡量。

①抗张强度。隔膜的抗张强度与膜的制作工艺有关。一般而言，如果隔膜的孔隙率高，尽管其阻抗较低，但强度却要下降；而且在采用单轴拉伸时，膜在拉伸方向与垂直拉伸方向强度不同，而采用双轴拉伸制备的隔膜其强度在两个方向上基本一致。[3]等对Celgard2500单层pp膜的拉伸性能进行了测试，拉伸方向强度约为50N，横向强度约为5N，二者相差10倍。

(2)抗刺穿强度。抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿给定隔膜样本的质量，它用来表征隔膜装配过程中发生短路的趋势。由于电极是由活性物质、炭黑、增塑剂和pVDF混合后，被均匀地涂覆在金属箔片上，再经120℃真空干燥后制作而成的，所以电极表面是由活性物质和炭黑混合物的微小颗粒所构成的凸凹表面。被夹在正负极片间的隔膜材料，需要承受很大的压力。因此，为了防止短路，隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。经验上，锂离子电池隔膜的穿刺强度至少为/mm。

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