詳解鋰離子電池隔膜的主要性能參數(shù)
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-09 15:07
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孔徑大小及分布
1、孔徑的大小及分布與制備方法有關(guān)；2、孔徑大小影響隔膜的透過能力；3、分布不均勻?qū)е码姵貎?nèi)部電流密度不一致，形成枝狀晶刺穿隔膜。
透氣率
1、Gurley指數(shù)，是一個重要物化指標；2、與電池內(nèi)阻成正比；3、數(shù)值越大，內(nèi)阻越大。
自動關(guān)閉機理
1、這是一種安全保護性能；2、限制溫度升高和防止短路；3、安全窗口溫度越高愈好，電池的安全性越高；4、與隔膜的原材料和隔膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)；5、材料熔點決定隔膜的閉孔溫度。
孔隙率
孔的體積和隔膜體積的比值，一般隔膜孔隙率在35%-60%之間。
熱穩(wěn)定性
隔膜受熱時尺寸穩(wěn)定性。
力學強度
要求抗穿刺強度高；單向拉伸，拉伸~50N，橫向~5N；雙向拉伸，要求2個方向要求一致。
鋰離子電池隔膜制造工藝
高性能鋰電池需要隔膜具有厚度均勻性以及優(yōu)良的力學性能（包括拉伸強度和抗穿刺強度）、透氣性能、理化性能（包括潤濕性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、安全性）。據(jù)了解，隔膜的優(yōu)異與否直接影響鋰電池的容量、循環(huán)能力以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。
鋰離子電池的核心技術(shù)原來是它！
鋰電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標的難以兼顧決定了其生產(chǎn)工藝技術(shù)壁壘高、研發(fā)難度大。隔膜生產(chǎn)工藝包括原材料配方和快速配方調(diào)整、微孔制備技術(shù)、成套設(shè)備自主設(shè)計等諸多工藝。其中，微孔制備技術(shù)是鋰電池隔膜制備工藝的核心，根據(jù)微孔成孔機理的區(qū)別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。
干法隔膜工藝
干法隔膜工藝是隔膜制備過程中最常采用的方法，該工藝是將高分子聚合物、添加劑等原料混合形成均勻熔體，擠出時在拉伸應(yīng)力下形成片晶結(jié)構(gòu)，熱處理片晶結(jié)構(gòu)獲得硬彈性的聚合物薄膜，之后在一定的溫度下拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前干法工藝主要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。
干法單拉
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(dǎo)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(dǎo)致的一些諸如微短路等情況。
穿刺強度
這個參數(shù)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?shù)拇┐虖姸取４┐虖姸鹊臏y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(jié)構(gòu)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(dǎo)致隔膜的其他性能下降。
熱穩(wěn)定性
隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)(-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(shù)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(guān)閉溫度
內(nèi)容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(guān)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(nèi)阻提高三個數(shù)量級時的溫度稱為熱關(guān)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(guān)閉溫度和材料本身的熔點密切相關(guān)，如PE為135C附近。當然不同的微結(jié)構(gòu)對熱關(guān)閉溫度有一定的影響。但對于小電池，熱關(guān)閉機制所起的作用很有限。
孔隙率
目前，鋰離子電池用隔膜的孔隙率為40%左右。孔隙率的大小和內(nèi)阻有一定的關(guān)系，但不同種隔膜之間的空隙率的絕對值無法直接比較。
干法單拉是使用流動性好、分子量低的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）聚合物，利用硬彈性纖維的制造原理，先制備出高取向度、低結(jié)晶的聚烯烴鑄片，低溫拉伸形成銀紋等微缺陷后，采用高溫退火使缺陷拉開，進而獲得孔徑均一、單軸取向的微孔薄膜。
