隔膜对锂电池性能的影响

1、隔膜对锂电池性能的影响1)OCV特性：以要求电压均匀性的18650电池为例，薄隔板和孔过大，电池的自放电过程加快，电池的电压均匀性降低。 据笔者的经验，薄单层隔膜具有相对较大的自放电速度表现。2 )电化学特性：三层隔板与单层隔板相比，单层隔板通常厚度薄，因此离子迁移路径短，极化现象减弱一定，电池的低温电压级相对较高。 同样，使用薄隔板或大孔径隔板的电池循环也相对良好。3 )厚度：关于消耗型锂离子电池(手机、笔记本电脑、数码相机所使用的电池)，25微米的隔板成为标准。 然而，由于便携式产品的使用日益增多，因此开始广泛应用更薄的隔板，例如20m、18m、16m、进而更薄的隔板。 对于动力电池来说，

2、由于组装过程的机械要求，大多需要更厚的隔板，当然对于动力用的大电池来说安全性也非常重要，但厚的隔板同时意味着更好的安全性。4 )通气率：在学术上，隔板在电池中是惰性的，即隔板不是电池的必要组成部分，而只是电池工业生产的要求。 隔膜的存在，首先满足电池的电化学性能不能恶化，主要表现在内阻上。 含有电解液的隔膜的电阻率与电解液自身的电阻率之比称为MacMullin数。 一般来说，消耗型锂离子电池的该数值接近8，当然该数值越小越好。 通常，锂离子电池的隔膜有通气率的残奥表或者Gurley数。 该数定义为一定体积的气体在一定的压力条件下通过一定面积的隔膜所需要的时间，气体的体积量一般为50cc，一些公

3、司也标记为100cc，最后的结果为2倍。 面积应该是1平方英寸，压力差记不清了。 在某种意义上，该数值与由该隔板组装的电池的内阻成正比，即该数值越大，内阻越大。 但是，有些分离器对这个数字的直接比较没有意义。 由于锂离子电池的内阻与离子传导有关，通气率与气体传递有关，因此两种机理不同。 也就是说，单纯比较两种不同隔膜的Gurley数，由于两种隔膜的微观结构可能完全不同，因此没有意义，但是，同一种隔膜的Gurley数的大小可以很好地反应内阻的大小。 因为同种隔膜相对来说微观结构相同或可以比较。5 )浸润度：为了保证电池的内部电阻不太大，要求隔板完全浸润电池用电解液。 在这一点上没有公认的检查标准

4、。 大致上，采集典型的电解液(例如，EC:DMC=133601，1 ml IPF6)，滴加到隔膜表面，观察液滴是否迅速消失而被隔膜吸收，如果是这样，则可以通过润湿性几乎满足要求的实验来判断。 更准确的测试可以用超高时间分辨率的相机记录从液滴接触隔膜到液滴消失的过程，修正时间，用时间的长短比较两隔膜的浸润度。 润湿度与一个隔板材料本身相关，而与一个隔板的表面和内部微观结构密切相关。6 )化学稳定性：换句话说，要求隔膜在电化学反应中是惰性的。 经过几年的工业化检验，目前认为隔膜用材料PE或PP满足化学惰性的要求。7 )孔径：一般来说，为了阻止隔板与电极粒子的直接接触，防止电极粒子直接通过隔板是重要

5、的。 现在使用的电极粒子一般为10微米级，使用的导电添加剂为10纳米级，幸运的是一般的炭黑粒子有凝聚形成大粒子的倾向。 一般来说，亚微米孔径的隔板足以阻止电极粒子的直接通过，当然也不排除一部分电极的表面处理差、粉尘多引起的微短路等。8 )穿刺强度：由于该残奥仪表实际上是由于电极表面不平坦以及组装过程中工艺水平有限而提出的要求，因此对分离器要求相当高的穿刺强度。 穿刺强度的测定可以遵循工业标准，大体上以一定的速度(每分钟3-5米)，将没有尖锐边缘的直径1mm的针刺指向环状固定的隔膜，为了穿透隔膜而施加在针上的最大力称为穿刺强度。 同样，由于测试时使用的方法与实际电池的情况大不相同，所以直接比较两

6、隔板的穿刺强度并不特别合理，但在微细结构一定的情况下，穿刺强度相对较高，其组装不良率较低。 但是，单纯追求高穿刺强度必然会降低隔膜的其他性能。9 )热稳定性：隔板必须在电池使用的温度范围(-20C60C )内热稳定。 通常，当前用作分离器的PE或PP材料能够满足上述要求。当然，另一个是电解液对水分敏感，很多制造商在注液前进行80C左右的烘烤，所以PP/PE隔板也没有什么问题10 )热断开温度：由于安全性问题严重，目前的锂离子电池用隔板一般能够提供所谓热关闭的追加功能。 一般将原理电池(两平面电极之间夹有隔板，使用通用锂离子电池用电解液)加热，内阻提高3位数时的温度称为热封温度。 此功能可以加强锂离子电池的安全性。 实际上封闭的温度与材料本身的熔点紧密相关，并且例如PE在135C附近。 当然，不同的微观结构对热封闭温度有一定的影响。 但是，在小电池中，热关闭机制发挥的作用有限。11 )气孔率：目前，锂离子电池用隔板的孔隙率为40%左右。 孔隙率的大小和内阻有一定的关系，但不能直接比较不同种类的隔板间的孔隙率的绝对值。1