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讲解一下锂电池隔膜孔径以及锂离子电池隔膜工艺
讲解一下锂电池隔膜孔径以及锂离子电池隔膜工艺
  • 发布时间:2020-05-08 17:37

讲解一下锂电池隔膜孔径以及锂离子电池隔膜工艺

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隔膜作为锂离子电池中重要的一部分,其主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。锂电池隔膜本身具有微孔结构,孔径大小及其分布的均一性直接影响电池的性能。本篇文章将介绍锂电池隔膜孔径和锂离子电池隔膜工艺。
 
 
锂电池隔膜孔径
一般来说,隔膜为了阻止电极颗粒的直接接触,很重要的一点就是防止电极颗粒直接通过隔膜。目前所使用的电极颗粒一般在10微米的量级,而所使用的导电添加剂则在10纳米的量级,不过很幸运的是一般碳黑颗粒倾向于团聚形成大颗粒。一般来说,亚微米孔径的隔膜足以阻止电极颗粒的直接通过,当然也不排除有些电极表面处理不好,粉尘较多导致的一些诸如微短路等情况。
 
为了使电池能够持续、稳定地运行,要求电池中的电流密度均一平稳,因此要求隔膜需要有适合的孔径大小和孔径分布。若孔径过小,锂离子的透过性会受到限制,从而使电池的内阻增大,降低了电池的整体性能;若孔径太大,在增加锂离子透过性的同时,也容易受到锂离子枝晶生长刺穿隔膜的影响,从而导致短路甚至是爆炸等安全问题。隔膜的孔径应该小于电极活性物质、导电剂等其他组分的颗粒粒径,才能有效防止颗粒阻塞微孔,从而提高锂电池的安全性能。
 
锂离子电池隔膜工艺
目前,锂离子电池隔膜制备方法主要有湿法和干法。湿法又称相分离法或热致相分离法,将液态烃或小分子物质与聚烯烃树脂混合,加热熔融后,形成均匀的混合物,然后降温进行相分离,压制得膜片,再将膜片加热至接近熔点温度,进行双向拉伸使分子链取向,最后保温一定时间,用易挥发物质洗脱残留的溶剂,制备出相互贯通的微孔膜。干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄膜,经过结晶化处理、退火后,得到高度取向的多层结构,在高温下进一步拉伸,将结晶面进行剥离,形成多孔结构,可以增加薄膜的孔径。
 
目前,国内隔膜和使用隔膜的电池厂家常采用扫描电镜和压汞仪进行表征.扫描电镜只能看表面的微观结构,表征的只是孔道端口的孔径大小,而非真正起到过滤作用的孔吼处(孔道中*窄处)的孔直径,另外SEM测试,需要通过一定的统计分布才能算出孔径分布,而且测试的区域相当小,难以表征材料的宏观性能.压汞仪由于使用汞作为测试介质,安全性存在一定问题,而且测试需在高压(400MPa)下进行,给微孔结构带来一定的破坏.因此二者都部不太适合对微孔隔膜的表征。
 
从产品性能来说,相比干法隔膜,湿法隔膜在力学性能、透气性能、理化性能均具有一定优势,通过在基膜上涂布陶瓷氧化铝、PVDF、芳纶等胶黏剂,能够大幅提高隔膜的热稳定性、降低高温收缩率、避免隔膜大幅收缩造成的极片外露,弥补了唯一的热稳定性短板,产品性能已全面领先干法薄膜。
 
现今锂离子电池的发展十分迅速,而隔膜也随着锂离子电池的发展而需求巨大。然而,目前我国锂离子电池生产所需隔膜主要依靠国外进口,国内尚无厂家可以生产能达到性能要求的隔膜,仅有一些科研院校在进行实验室研究工作。因此急需科研院校、微孔膜生产企业和电池生产企业的共同合作和开发,以早日实现锂离子电池隔膜的国产化。
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