锂离子电池隔膜的基本要求和性能指标汇总
锂离子电池,由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。其中,隔膜是一种具有微孔结构的薄膜,是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件,在锂电池中起到如下两 个主要作用:
a、隔开锂电池的正、负极,防止正、负极接触形成短路;
b、薄膜中的微孔能够让锂离子通过,形成充放电回路。
一、锂离子电池隔膜的基本要求
(1)具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;
传输离子,对电子绝缘,保证锂离子的传输,但不导电。
(2)有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;
(3)耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性,这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物;
(4)具有良好的电解液的浸润性,并且吸液保湿能力强;
可以通过测试电解液滴在隔膜上的接触角来判断隔膜的浸润性,接触角越小,说明隔膜的浸润性越好。
(5)力学稳定性高,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;
(6)空间稳定性和平整性好;
(7)热稳定性和自动关断保护性能好;
隔膜自动闭口,是指锂电池在发生热失控等问题时,能自动闭口,切断离子传输通道,减少损害。
(8)受热收缩率小,否则会引起短路,引发电池热失控。除此之外,动力电池通常采用复合膜,对隔膜的要求更高。
二、隔膜的性能指标
隔膜在使用前,一般都需要测试它的性能,因为不同的电池对隔膜的要求不同。例如大倍率快充的锂电池,希望隔膜的孔径更大,方便离子传输。而一些特种电池需要耐高温,也就对隔膜的耐高温性有了更高的要求。
下面汇总:
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测试项目 |
测试目的 |
在电池中的意义 |
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SEM |
观察隔膜及孔的形貌、造孔的均匀性 |
电池一致性 |
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红外 |
确定材质 |
电化学稳定性 |
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厚度、面密度 |
厚度均匀性 |
内阻、容量、安全性 |
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弯曲度 |
厚度均匀性 |
安全性、制造性 |
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透气度 |
透过性 |
内阻 |
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孔隙率 |
孔的均匀性 |
内阻、离子传输性 |
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浸润性 |
电解液的浸润性 |
循环性能、安全性 |
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曲折度 |
储液能力 |
内阻、循环性能、安全性 |
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吸液率 |
吸液保液能力 |
循环性能、安全性 |
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穿刺强度 |
耐颗粒、毛刺穿刺能力 |
短路率、安全性 |
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拉伸强度、断裂伸长率 |
抗拉特性,加工适应性 |
安全性、电池制造难易程度 |
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热收缩率 |
高温下的稳定性 |
安全性、循环性能 |
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闭孔温度 |
闭孔温度确定 |
安全性 |
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熔融温度 |
熔融温度确定 |
安全性 |
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离子电导率 |
离子透过性 |
离子传输性 |
