隔膜陶瓷涂层厚度对安全性能的影响

隔膜的性能对锂电池的安全有着深度的关联，如隔膜的拉伸强度，热收缩率，穿刺强度等都与电芯的性能直接相关。陶瓷涂层作为目前市面上应用最广泛的涂层，具有稳定性好，热收缩率低的优势。本文将简要阐述隔膜陶瓷层的厚度对电芯安全性能的影响。

随着隔膜的厚度越做越薄，陶瓷涂覆已经成为一种必选的附加工艺。单面涂或者双面涂、对称涂布或者不对称涂布，其对隔膜的拉伸强度，热收缩率，穿刺强度都有着影响。

一.定义

1.拉伸强度：隔膜在拉伸过程中所能承受的最大应力（单位：MPa），反映材料的抗撕裂能力。

2.热收缩率：隔膜在高温下保持一定时间后的尺寸收缩比例（%），反映材料的热稳定性。

3.穿刺强度：隔膜被钢针（如φ1mm）刺穿时所需的最小力（单位：N），反映材料抗尖锐物体穿透的能力。

二.不同隔膜参数对电芯安全性的影响

1.拉伸强度：

拉伸强度决定着隔膜的机械稳定性，直接反应就是隔膜的张力。若拉伸强度不够，在电芯卷绕工艺中就可能会发生因张力不足或波动引起的拉断或是微裂纹，严重可导致极片发生错位现象，直接造成短路；方形电芯在壳体封装时，隔膜需承受极组挤压应力。低强度隔膜可能因挤压变形破裂，尤其在大尺寸电芯（如储能电芯）中风险更高。

2.热收缩率：

热收缩率反应了隔膜的热稳定性。其在高温下体现的尤为明显。如做过充，热冲击等测试中，我们会发现，热收缩率低的隔膜更容易通过测试。这是因为隔膜受热收缩后可能会导致正负极极片直接接触，产生大量热量。造成热失控风险。

3.穿刺强度：

反应材料抗尖锐物体的穿透能力。其中最主要的就是毛刺，金属粉尘等。如果穿刺强度过低则会导致生产过程中的毛刺粉尘等异物刺穿隔膜，形成短路，从而对电芯的安全性能造成影响。并且电极材料在循环中会因体积变化产生裂纹，裂纹尖端可能刺穿隔膜。另外在高能量密度高压实体系中对隔膜的穿刺强度也有更高的要求。

三.增加陶瓷层厚度对电芯性能的影响

优势：

①增加陶瓷层厚度毫无疑问对电芯的安全性能会带来极大的改善。增加陶瓷层厚度，会使隔膜整体的抗拉伸强度和耐磨性提高，减少卷绕或叠片过程中的机械损伤。

②增加陶瓷层厚度可显著提升隔膜的耐高温性能，极大改善电芯的热安全性能。陶瓷颗粒通过物理屏障作用延缓热量传递。陶瓷层可在高温下保持结构稳定，防止隔膜因热收缩导致正负极短路。

③增加陶瓷层厚度可以增加隔膜的穿刺强度。厚的陶瓷涂覆层可提供更强的机械支撑，抑制锂枝晶刺穿隔膜。

④增加陶瓷层厚度可以增加电池的吸液量，有利于存储电解液，对电芯循环有正向作用。

劣势：

①增加陶瓷层厚度会带来成本的增加，陶瓷层越厚，成本越高。双面陶瓷也要比单面陶瓷成本高。

②一定程度上影响电芯的能量密度，隔膜陶瓷涂层不起存储容量的作用，但却加重了电芯的重量。

③增厚陶瓷层也会一定程度上影响锂离子的迁移，厚涂层意味着锂电池的迁移路径更长。

小结：总的来说增大陶瓷层的厚度对电芯带来的影响利大于弊，但也需在成本及电芯尺寸性能设计上进行综合平衡。