詳解鋰離子電池隔膜材料的性能要求
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-05 16:58
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隔膜的性能要求
鋰離子電池隔膜作為鋰離子電池四大主要材料之一， 一般是絕緣性較好的材料，提供鋰離子在電解液中的遷移通道。隔膜的性能參數(shù)對(duì)電池性能影響重大，例如在常用的商用隔膜材料中，材料的厚度直接影響電池內(nèi)阻，孔隙大小和分布將會(huì)影響傳輸鋰離子性能等，因此制備高性能隔膜材料對(duì)于電池的性能發(fā)揮和實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。影響鋰離子電池 隔膜性能的主要因素包括隔膜化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度、孔隙 率大小及潤濕性、安全保護(hù)的自關(guān)閉性能等幾個(gè)方面。
⑴力學(xué)強(qiáng)度
隔膜在電池結(jié)構(gòu)及充放電反應(yīng)過程中需要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。隔膜的一個(gè)重要作用是將正負(fù)極反應(yīng)隔開，如果隔膜皺縮或破裂導(dǎo)致電解液滲透，就會(huì)發(fā)生電池短路，具有很大的安全隱患，因此隔膜需要有一定的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。鋰離子電池在充電過程中鋰離子被還原生成金屬鋰枝晶，這就要求隔膜材料要有一定的抗穿刺強(qiáng)度。另外，隔膜材料也應(yīng)該具有一定的拉伸強(qiáng)度，鋰離子電池在反應(yīng)過程中會(huì)放出或 吸收熱量，隔膜會(huì)發(fā)生相應(yīng)的漲縮，如果隔膜的拉伸強(qiáng)度不夠，就會(huì)造成隔膜破損，也會(huì)導(dǎo)致短路發(fā)生。
⑵熱極定性
由于鋰離子電池中電解質(zhì)溶液除了水溶劑，還會(huì)采用有 機(jī)溶劑和非水電解液，因此隔膜應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和 耐腐蝕性能，能夠在電池多次充放電過程中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的完整 性與反應(yīng)的穩(wěn)定性。此外，鋰離子電池在充放電反應(yīng)中會(huì)放熱，電池在連續(xù)工作時(shí)溫度會(huì)升高，隔膜的熱穩(wěn)定性能夠保 證在電池長時(shí)間工作時(shí)減少收縮形變量，避免電池皺縮導(dǎo)致的正負(fù)極接觸而導(dǎo)致電池短路。
⑶孔隙分布及孔隙率
隔膜為了保持鋰離子良好的透過能力，材料需要具備一 定大小的孔隙，并保證低電阻和高離子傳導(dǎo)率?？紫洞笮⒂绊戨姵貎?nèi)阻及電池的安全性?？紫短?huì)使離子穿透率減低而增大電池內(nèi)阻，孔隙過大則會(huì)導(dǎo)致電池正負(fù)極接觸概率 增大易導(dǎo)致短路，起不到隔膜的效果。優(yōu)良的鋰離子電池隔 膜應(yīng)保證孔隙大小合適、分布均勻，不然會(huì)導(dǎo)致局部電流過大或過小，影響電池性能。
⑷其他性能
此外，隔膜的自關(guān)閉技能在電池安全性方面至關(guān)重要。 自關(guān)閉機(jī)理要求隔膜在過載大量放熱，溫度升高過高，接近 材料熔點(diǎn)時(shí)隔膜結(jié)構(gòu)中孔隙閉合，成功隔絕離子穿梭，停止正負(fù)極反應(yīng)形成斷路，以在過熱情況下防止電池爆炸。隔膜的浸潤性也是評(píng)價(jià)隔膜性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，為保證離子的順利傳輸，隔膜需要和電解液充分接觸，有良好的浸潤性、 與電解液的滲透能力和離子穿透能力。
