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鋰電隔膜基本參數,鋰電池隔膜的安全性能要求

來源:存能電氣  日期:2019-08-08 16:36  瀏覽量:

  鋰電隔膜基本參數,鋰電池隔膜的安全性能要求。隔膜作為鋰電池的重要組成部件,對阻隔電子通過防止短路和保證內部離子透過使電池高效、穩定、安全地運行具有重要意義。雖然隔膜自身未發生任何的電化學反應,但其結構和性能卻影響電池的界面結構和內阻等,進而影響鋰電池整體的容量、充放電電流密度、循環性能以及安全性等。因此通過對鋰電池隔膜的各項性能參數的分析測試和調控,可有效提高電池的安全性能。

鋰電池隔膜.jpg

  鋰電隔膜主要性能指標

  參考美國先進電池聯盟(USABC)對鋰離子電池隔膜性能參數的規定,電池隔膜性能大致可以分為理化特性、力學性能、熱性能及其電化學性能4個方面。

  其中,理化特性包括厚度、孔隙率、平均孔徑大小與孔徑分布、透氣性、曲折度、潤濕性、吸液率、化學穩定性8項參數;力學性能主要包括穿刺強度、混合穿刺強度和拉伸強度3項參數;熱性能包括熱閉合溫度、熔融破裂溫度和熱收縮率3項指標;電化學性能包括線性伏掃描測試(LSV)、電化學阻抗譜測試(EIS)、循環性能(CP)、離子電導率和Mac-Mullin值5項參數。

  鋰電隔膜基本參數

  ●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,粉塵較多導致的一些諸如微短路等情況。

  ●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。

  ●熱穩定性

  隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(-20C~60C)保持熱穩定。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。

  ●熱關閉溫度

  內容由于安全性問題比較嚴重,目前鋰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。但對于小電池,熱關閉機制所起的作用很有限。

  鋰電池隔膜的安全性能要求

  1、力學性能

  隔膜的力學性能是影響其應用的一個重要因素,如果隔膜破裂,就會發生短路,降低成品率,因此要求隔膜在電池組裝和充放電結構使用過程中,需要自身具有一定的機械強度。隔膜的機械強度可用抗穿刺強度和拉伸強度來衡量。

  拉伸強度,隔膜的拉伸強度與制膜的工藝相關聯。采用單軸拉伸,膜在拉伸方向上與垂直方向強度不同;而采用雙軸拉伸時,隔膜在兩個方向上一致性會相近。一般拉伸強度主要是指縱向強度要達到100MP以上,橫向強度不能太大,過大會導致橫向收縮率增大,這種收縮會加大鋰電池廠家正、負極接觸的幾率。

  抗穿刺強度,抗穿刺強度是指施加在給定針形物上用來戳穿隔膜樣本的質量,用它來表示隔膜在裝配過程中發生短路的趨勢。因隔膜是被夾在凹凸不平的正、負極片間,需要承受很大的壓力。為了防止短路,所以隔膜必須具備一定的抗穿刺強度。抗穿刺強度值一般在300-500g。

  2、透過性能

  透過性能可用在一定時間和壓力下,通過隔膜氣體的量的多少來表征,主要反映了鋰離子透過隔膜的通暢性。隔膜透過性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔的形狀及孔曲折度等隔膜內部孔結構綜合因素影響的結果。

  經過幾年的發展,我國鋰電池隔膜取得了較大進步,成為全球鋰離子電池的重要生產地之一。鋰電池的安全與環保要求越來越高,隔膜作為鋰電池內部的重要組成部分,它的安全性能也是鋰電池行業重要考慮點之一。隨著世界各國對于鋰電池隔膜生產技術的不斷研究與不斷改進,存能電氣相信其安全性能會逐步提高,并且能夠得到更為廣泛的運用。

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