鋰電池隔膜結構特性和隔膜理化性質解析

來源：存能電氣  日期：2019-05-10 13:38  瀏覽量：次

　　鋰電池隔膜結構特性和隔膜理化性質解析。鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜采用塑料膜制成，可隔離電池正負極，以防止出現短路；還可以在電池過熱時，通過閉孔功能來阻隔電池中的電流傳導。性能優異的隔膜對提高鋰電池的綜合性能具有重要的作用。

　　鋰電池隔膜的結構特性

　　◆厚度。鋰電池隔膜的厚度一般≤25μm。在保證一定的機械強度的前提下，隔膜的厚度越薄越好。現在，新型的高能電池大都采用膜厚20μm或16μm的單層隔膜。

　　◆孔徑和分布。作為鋰電池隔膜材料，本身具有微孔結構，容許吸納電解液；為了保證電池中一致的電極/電解液界面性質和均一的電流密度，微孔在整個隔膜材料中的分布應當均勻。孔徑的大小與分布的均一性對鋰電池性能有直接的影響：孔徑太大，容易使正負極直接接觸或易被鋰枝晶刺穿而造成短路；孔徑太小則會增大電阻。微孔分布不勻，工作時會形成局部電流過大，影響電池的性能。

　　◆孔隙率。透過性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。孔隙率對膜的透過性和電解液的容納量非常重要。大多數商用鋰離子電池隔膜的孔隙率在40％-50％之間。

　　◆透過性。一定條件下一定量空氣通過隔膜所需要的時間，稱作Gurly值。鋰電池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。

　　◆熱穩定性:隔膜需要在鋰電池使用的溫度范圍內（-20℃~60℃）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。

　　◆一致性:由于制備工藝的不同，鋰電池隔膜一致性可能差別較大。一致性包括閉合溫度等自身特性，以及電鏡下觀察孔洞的一致性和厚度的一致性等表觀一致性。

　　鋰電池隔膜理化性質

　　1.潤濕性和潤濕速度。隔膜的潤濕性不好會增加隔膜和鋰電池的電阻，影響鋰電池的循環性能和充放電效率。隔膜的潤濕速度是指電解液進入隔膜微孔的快慢，它與隔膜的表面能、孔徑、孔隙率、曲折度等特性有關。

　　2.隔膜的吸液率。由于鋰電池隔膜材料兼具電解質的功能，所以必須具備下列條件：足夠的吸液率以保證離子通道暢通無阻，而且在電池體系中，不可避免的會有大量的副反應發生，消耗大量的電解液，所以必須有足夠的貯備，否則就會由于電解液的缺少引起界面電阻的增加，同時還會加速電解液的消耗，這將是惡性的循環，所以吸液率是個很重要的隔膜參數。

　　3.化學穩定性。隔膜在電解液中應當保持長期的穩定性，在強氧化和強還原的條件下，不與電解液和電極物質發應。隔膜的化學穩定性是通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價的。

　　4.熱穩定性。鋰電池在充放電過程中會釋放熱量，尤其在短路或過充電的時候，會有大量熱量放出。因此，當溫度升高的時候，隔膜應當保持原來的完整性和一定的機械強度，繼續起到正負電極的隔離作用，防止短路的發生。

　　5.隔膜的電阻。隔膜的電阻率實際上是微孔中電解液的電阻率，它與很多因素有關，如孔隙度、孔的曲折度、電解液的電導率、膜厚和電解液對隔膜材料的潤濕程度等。測試隔膜電阻更常用的是交流阻抗法，由于薄膜很薄，往往存在疵點而使測量結果的誤差增大，因此經常采用多層試樣，再取測量的平均值。

　　6.自閉性能。在一定的溫度以上時，鋰電池內的組分將發生放熱反應而導致“自熱”，另外由于充電器失靈、安全電流失靈等將導致過度充電或者電池外部短路時，這些情況都會產生大量的熱量。由于聚烯烴材料的熱塑性質，當溫度接近聚合物熔點時，多孔的離子傳導的聚合物膜會變成無孔的絕緣層，微孔閉合而產生自關閉現象，從而阻斷離子的繼續傳輸而形成斷路，起到保護電池的作用，因此聚烯烴隔膜能夠為電池提供額外的保護。

　　隔膜的主要作用是使鋰電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。據了解，隔膜的優異與否直接影響鋰電池的容量、循環能力以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。