不同隔膜对快充型三元锂离子电池性能的影响

目前倍率性能的提高主要集中在电极材料和电解液的优化，包括电极材料纳米化、碳包覆和导电剂改善等。

隔膜简单介绍：隔膜在电池中的作用是，防止正负极直接接触发生短路的作用，同时其内部曲折贯通的孔道为锂离子的迁移提供扩散通道。所以隔膜对锂离子的传输也有很大的影响。常用的锂离子电池隔膜主要有聚烯烃隔膜、无纺布隔膜和无机复合隔膜。其中，聚烯烃隔膜具有良好的机械强度和电化学稳定性、均匀的孔结构以及适宜的热闭孔性能。但是由于材料本身疏液特性和低的表面能导致电解液浸润性差，同时温度过高会严重收缩。目前，聚烯烃隔膜占据主流市场，同时PET、 纤维素、芳纶等无纺布隔膜也广泛使用。

实验方案：该文选用镍钴锰酸锂(NCM) 为活性正极材料，人造石墨为活性负极材料，选择无纺布隔膜和聚烯烃隔膜为研究对象，考察不同隔膜对 NCM/石墨电池性能的影响，为NCM/石墨快充型锂 离子电池隔膜的选择提供实验依据。

表1 隔膜的类型和物性参数

1.厚度与透气度

PET和纤维素隔膜厚度较大（29-35μm），透气度低（2-7s/100mL），利于离子迁移。

2.孔隙结构

纤维素隔膜孔径均匀，孔隙率高（SEM显示致密纤维交织）；PP/PE/PP隔膜孔隙率低且分布不均。

3.电解液浸润性

纤维素和PET隔膜接触角最小（约22°），浸润性最佳；PP类隔膜接触角最大(>112°)浸润性差。

4.内阻

纤维素和PP隔膜内阻最小，PP/PE/PP隔膜因孔隙率低、吸液率差导致内阻最高。

5.自放电

纤维素和PET隔膜电池的7天电压保有率最高（97.2%），芳纶隔膜因孔径曲折度小，自放电最大。

6.倍率性能

我们从图中可以看出，纤维素隔膜的倍率性能最好。

7.循环稳定性

纤维素、PET、PP隔膜循环500次后容量无衰减，PP/PE/PP隔膜容量衰减至77.3%。

结论

纤维素隔膜综合性能最优

高倍率性能：10C下容量达144mAh·g⁻¹，容量保持率95.6%；
长循环寿命：500次循环后容量无衰减；
低内阻：因高吸液率（3.5mg·cm⁻²）、低透气度（2s/100mL）和优异的电解液浸润性（接触角22.6°）。

PET隔膜

容量次优（157.4mAh·g⁻¹），首次库伦效率最高，循环稳定性良好。

PP隔膜

高孔隙率（57.4%）支持快速充放电，但接触角大（112.1°),吸液率较低(1.9mg·cm⁻²)。

PP/PE/PP复合隔膜

高倍率下容量衰减显著（10C时容量保持率仅76.5%），因孔隙率低（55%）、透气度高（217s/100mL）和电解液浸润性差（接触角112.7°）。

芳纶隔膜

一致性差导致内阻高、克容量(153.9 mAh·g⁻¹）和首次库伦效率（84.8%）最低。