隔膜培訓(xùn)手冊(cè)模板

隔膜培訓(xùn)手冊(cè)資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系本人改正或者刪除。目錄一、簡(jiǎn)介(一)鋰離子電池隔膜基礎(chǔ)知識(shí)(二)電池隔膜的分類(lèi)(三)鋰離子電池隔膜的功能及機(jī)理(四)鋰離子電池隔膜主要用途二、聚烯烴隔膜原料和原理(一)聚烯烴隔膜的分類(lèi)(二)聚烯烴隔膜的主要原料(三)聚烯烴隔膜主要生產(chǎn)方法(四)聚烯烴隔膜結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)三、性能參數(shù)和使用要求(一)隔膜主要性能表征參數(shù)及意義(二)鋰離子電池對(duì)隔膜的要求四、發(fā)展趨勢(shì)(一)動(dòng)力電池隔膜(二)鋰離子電池隔膜的發(fā)展五、隔膜知識(shí)和注意事項(xiàng)(一)隔膜知識(shí)問(wèn)與答(二)注意事項(xiàng)簡(jiǎn)介(一)鋰離子電池隔膜基礎(chǔ)知識(shí)鋰離子電池隔膜是一種具有納米級(jí)微孔的高分子功能材料,隨著鋰離子電池的廣泛使用而走進(jìn)人們的生活?？沙潆婁囯x子二次電池具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)的特性,又具有安全、可靠且能快速充放電等優(yōu)點(diǎn),因而成為近年來(lái)新型電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)。由于鋰離子電池是綠色環(huán)保型無(wú)污染的二次電池,符合當(dāng)今各國(guó)能源環(huán)保方面大的發(fā)展需求,在各行各業(yè)的使用量正在迅速增加。鋰離子電池電芯主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜組成,其中隔膜是電芯的重要組成部分,起到將電芯正極和負(fù)極隔開(kāi)的作用,具有電子絕緣性和離子導(dǎo)電性。其鋰離子傳導(dǎo)能力直接關(guān)系到鋰離子電池的整體性能,其隔離正負(fù)極的作用使電池在過(guò)度充電或者溫度升高的情況下能限制電流的升高,防止電池短路引起爆炸,具有微孔自閉保護(hù)作用。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)的保持性和電池的內(nèi)阻等,進(jìn)而影響電池的容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等關(guān)鍵特性,因此,隔膜性能的優(yōu)劣直接影響了電池的綜合性能。在中國(guó),鋰離子電池原材料已基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,可是隔膜材料卻主要依靠進(jìn)口,一些制作隔膜的關(guān)鍵技術(shù)被日本和歐美壟斷。最近幾年,隔膜在中國(guó)已有生產(chǎn),各項(xiàng)指標(biāo)也接近或達(dá)到了國(guó)外產(chǎn)品的水平。本手冊(cè)主要介紹鋰離子電池用聚烯烴隔膜,從隔膜的生產(chǎn)原理、性能特性、應(yīng)用等方面來(lái)介紹有關(guān)隔膜知識(shí)。(二)電池隔膜的分類(lèi)制造隔膜的材料有天然或合成的高分子材料、無(wú)機(jī)材料等。根據(jù)原材料特點(diǎn)和加工方法不同,可將隔膜分成有機(jī)材料隔膜、編制隔膜、氈狀膜、隔膜紙和陶瓷隔膜等。電池用隔膜的分類(lèi)如下圖:圖1電池用隔膜分類(lèi)從上圖可知,隔膜可分為半透膜與微孔膜兩大類(lèi)。半透膜的孔徑一般小于1nm,而微孔膜孔徑在10nm以上,甚至到幾微米。(三)鋰離子電池隔膜的功能及機(jī)理1、隔膜在鋰離子電池中的主要功能●在電池內(nèi)部將正、負(fù)極分隔開(kāi)來(lái),防止接觸造成短路;●有良好的離子經(jīng)過(guò)能力;●有保持電解液的能力;●有一定的保護(hù)電池安全的能力。2、隔膜機(jī)理隔膜中具有大量曲折貫通的微孔,電解液中的離子載體能夠在微孔中自由經(jīng)過(guò),在正負(fù)極之間遷移形成電池內(nèi)部導(dǎo)電回路,而電子則經(jīng)過(guò)外部回路在正負(fù)電極之間遷移形成電流,供用電設(shè)備利用。(四)鋰離子電池隔膜的主要用途各種液態(tài)鋰離子電池,如手機(jī)電池、便攜式DVD電池、筆記本電腦電池、電動(dòng)工具電池、GPS電池、電動(dòng)車(chē)和儲(chǔ)能裝置電池等。聚烯烴隔膜原料和生產(chǎn)原理(一)聚烯烴隔膜分類(lèi)分類(lèi)方法按材料分類(lèi)按工藝分類(lèi)按結(jié)構(gòu)分類(lèi)種類(lèi)PP、PE、PP/PE復(fù)合干法、濕法單層PP、PE多層PP、PE三層PP/PE/PP(二)聚烯烴隔膜的主要原料隔膜使用的聚烯烴材料當(dāng)前主要是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)兩類(lèi)。聚烯烴材料具有強(qiáng)度高、耐酸堿腐蝕性好、防水、耐化學(xué)試劑、生物相容性好、無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn),在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前,商品化的液態(tài)鋰離子電池大多使用微孔聚烯烴隔膜,因?yàn)榫巯N化合物在合理的成本范圍內(nèi)能夠提供良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性,而且具有高溫自閉性能,更加確保了鋰離子二次電池在日常使用上的安全性。(三)聚烯烴隔膜的主要生產(chǎn)方法1、熱致相分離法(濕法—TIPS)利用高分子材料和特定的溶劑在高溫條件下完全相容,冷卻后產(chǎn)生相分離的特性,使溶劑相連續(xù)貫穿于聚合物相形成的連續(xù)固態(tài)相中,經(jīng)過(guò)拉伸擴(kuò)孔后,將溶劑萃取后在聚合物相中形成微孔。在當(dāng)前濕法隔膜制造過(guò)程中,一般將聚烯烴樹(shù)脂原料和一些其它低分子量的物質(zhì)同混合,加熱熔融混合均勻、經(jīng)擠出拉伸成膜,再用易揮發(fā)溶劑把低分子物質(zhì)抽提出來(lái),形成微孔膜。2、熔融拉伸法(干法—MSCS)熔融拉伸法的制備原理是,高聚物熔體擠出時(shí)在拉伸應(yīng)力作用冷卻下結(jié)晶,形成平行排列的結(jié)晶結(jié)構(gòu),經(jīng)過(guò)熱處理后的薄膜在拉伸后晶體之間分離而形成狹縫狀微孔,再經(jīng)過(guò)熱定型制得微孔膜。在聚丙烯微孔膜制備中除了拉開(kāi)片晶結(jié)構(gòu)外,還能夠經(jīng)過(guò)在聚合物中添加結(jié)晶成核劑,形成特定的β晶型,然后在雙向拉伸過(guò)程中發(fā)生β晶型向α晶型轉(zhuǎn)變,晶體體積收縮產(chǎn)生微孔。不同生產(chǎn)方法的隔膜特點(diǎn)生產(chǎn)方法干法濕法拉伸方式單向拉伸雙向拉伸雙向拉伸工藝原理晶片分離晶型轉(zhuǎn)換相分離方法特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單,投資較小,工藝復(fù)雜、成本高、環(huán)境友好設(shè)備復(fù)雜,投資較大,配方控制難度高,生產(chǎn)成本低設(shè)備復(fù)雜、投資較大、周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、成本高,能耗大、有環(huán)境污染產(chǎn)品特點(diǎn)微孔尺寸小、分布均勻,微孔導(dǎo)通性好,能生產(chǎn)不同厚度和不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品,縱向強(qiáng)度高、橫向強(qiáng)度低,TD無(wú)收縮微孔尺寸大、分布不均勻,雙向強(qiáng)度均勻;只能生產(chǎn)一定厚度規(guī)格PP膜孔徑分布寬,穿刺強(qiáng)度高;適宜生產(chǎn)較薄產(chǎn)品,只能生產(chǎn)PE膜3、不同生產(chǎn)方法的隔膜電鏡掃描圖圖1干法單向拉伸PP隔膜SEM圖2干法雙向拉伸隔膜SEM(a)(b)圖3濕法隔膜SEM(四)聚烯烴隔膜的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)單層、雙層單層、雙層三層材料PPPEPP/PE/PP生產(chǎn)方法干法干法、濕法干法優(yōu)點(diǎn)耐熱性好、透過(guò)性好機(jī)械強(qiáng)度高低溫閉孔(130℃綜合了PP、PE膜優(yōu)點(diǎn),機(jī)械強(qiáng)度好,安全性更高缺點(diǎn)安全關(guān)斷溫度(閉孔溫度＞140℃)高于耐高溫性能不如PP高溫透過(guò)性差應(yīng)用范圍數(shù)碼電池、動(dòng)力電池?cái)?shù)碼電池?cái)?shù)碼電池性能參數(shù)和使用要求(一)隔膜的基本性能表征1、孔隙率孔隙率是孔的體積和隔膜體積的比值,即單位膜的體積中孔所占的體積百分比。它與原材料樹(shù)脂以及最終制品的密度有關(guān),大多數(shù)鋰離子電池隔膜的孔隙率在35%～60%之間。孔隙率與隔膜的透過(guò)能力有一定關(guān)系,但孔隙率大并不代表隔膜的透過(guò)性好,因?yàn)橥高^(guò)性取決于微孔的導(dǎo)通率和孔徑大小。另外,對(duì)于一定的電解質(zhì),具有高孔隙率的隔膜能夠降低電池的阻抗,但也不是越高越好,孔隙率太高,會(huì)使材料的機(jī)械強(qiáng)度變差?？紫堵实臏y(cè)量一般采用稱重法計(jì)算理論孔隙率。2、透氣度透氣度又叫Gurley數(shù),反映隔膜的透過(guò)能力。即一定體積的氣體,在一定壓力條件下經(jīng)過(guò)1平方英寸面積的隔膜所需要的時(shí)間。氣體的體積量一般為100ml,有些公司也會(huì)標(biāo)10ml,最后的結(jié)果會(huì)差十倍。透氣度是由膜的孔徑大小、孔徑分布、孔隙率和開(kāi)孔率等決定的,透氣率從一定意義上來(lái)講,和用此隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比,即該數(shù)值越大,則內(nèi)阻越大。然而,對(duì)于不同類(lèi)型、厚度的隔膜,該數(shù)字的直接比較沒(méi)有任何意義。因?yàn)殇囯x子電池中的內(nèi)阻和離子傳導(dǎo)有關(guān),而透氣率和氣體傳導(dǎo)有關(guān),兩種機(jī)理是不一樣的。換句話說(shuō),單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒(méi)有意義的,因?yàn)榭赡軆煞N隔膜的微觀結(jié)構(gòu)完全不一樣;但同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小能很好的反應(yīng)出內(nèi)阻的大小,因?yàn)橥环N隔膜相對(duì)來(lái)說(shuō)微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可比較的。隔膜透氣度一般使用格利(GURLEY)透氣儀檢測(cè)。3、吸液率吸液率反映隔膜吸收電解液的能力,是衡量隔膜與電解液相容性的指標(biāo)。吸液率不但受隔膜材料與電解液的浸潤(rùn)性能影響,還受隔膜的孔隙率、開(kāi)孔率、孔徑的影響。吸液率測(cè)試方法是把干式樣稱重后浸泡在電解液中,直至吸收平衡,再取出濕隔膜擦干表面電解液稱重,計(jì)算單位積吸收電解液的重量。4、孔徑、孔徑分布、孔的分布一般隔膜的孔徑在納米級(jí),雙拉方式生產(chǎn)的隔膜的孔接近圓形,干法隔膜的孔為長(zhǎng)條形?？讖降拇笮∨c隔膜的透過(guò)能力有關(guān),過(guò)小的孔徑會(huì)抑制鋰離子經(jīng)過(guò),過(guò)大的孔徑有可能導(dǎo)致隔膜穿孔形成電池微短路導(dǎo)致電池自放電過(guò)快?？椎姆植疾痪鶆蛴锌赡軐?dǎo)致電池內(nèi)部電流密度不一致,長(zhǎng)期使用中鋰離子可能沉積形成枝晶狀刺穿隔膜。制造方法孔徑范圍中值孔徑特點(diǎn)單軸干法0～40090~120孔徑均勻,孔較小雙軸干法0～3000100~150孔徑不均勻,分布寬雙軸濕法0～1000200~250孔徑較均勻,分布寬孔徑和孔徑分布一般采用壓汞法測(cè)量,孔的分布均勻性一般采用SEM觀察。5、力學(xué)性能鋰離子電池對(duì)隔膜機(jī)械強(qiáng)度的要求較高。電池中的隔膜直接接觸有硬表面的正極和負(fù)極,而且當(dāng)電極上的毛刺、帶尖角的大顆粒物質(zhì)、甚至電池內(nèi)部形成枝晶,都會(huì)引起隔離膜被穿破而引起電池短路或微短路,因此要求隔離膜的抗穿刺強(qiáng)度盡量高。另外隔離膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率也有一定要求。單軸拉伸的隔膜在拉伸方向與垂直拉伸方向強(qiáng)度不同,而雙軸拉伸制備的隔膜強(qiáng)度在兩個(gè)方向上基本一致。盡管如此,在實(shí)際應(yīng)用中雙向拉伸并沒(méi)有性能上的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)殡姵鼐砝@的受力方向是縱向;橫向拉伸會(huì)導(dǎo)致垂直方向的收縮,這種收縮在高溫下會(huì)導(dǎo)致電極之間的相互接觸。一般而言孔隙率、透氣性較高時(shí),盡管其阻抗較低,但其機(jī)械強(qiáng)度卻要下降,因此在調(diào)節(jié)隔膜其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí),要兼顧微孔膜的其它各項(xiàng)性能指標(biāo),以獲得最佳的使用性能。抗穿刺強(qiáng)度的測(cè)試方法是用環(huán)狀物體將隔膜固定,取一定直徑的針,要求針尖無(wú)銳邊緣,以一定的速度垂直刺過(guò)隔膜,將隔膜刺破最大力就是隔膜的抗穿刺力。拉伸強(qiáng)度(縱/橫向)的測(cè)試方法是隔膜在一定方向上、經(jīng)過(guò)拉伸夾具以一定的試驗(yàn)速度拉伸直至斷裂所表現(xiàn)出的承載能力。用拉斷力(N)或拉伸強(qiáng)度(Mpa)表示。斷裂伸長(zhǎng)率是隔膜在一定方向上(縱/橫向),一定拉伸力下,斷裂時(shí)伸長(zhǎng)量與原長(zhǎng)的比值百分比。斷裂伸長(zhǎng)率越大,彈性越好,表征隔膜韌性大。穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均采用可采用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。6、自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能是鋰離子電池隔膜的一種安全保護(hù)性能,是鋰離子電池內(nèi)部防止由于短路、過(guò)充等原因造成溫度失控的有效方法。隔膜的閉孔溫度和破膜溫度是該性能的主要參數(shù)。由于非正常情況下電池短路使電池內(nèi)部溫度升高,當(dāng)溫度到達(dá)隔膜的閉孔溫度時(shí),隔膜內(nèi)的微孔會(huì)坍塌,阻斷電流經(jīng)過(guò),但熱慣性會(huì)使溫度進(jìn)一步上升,有可能達(dá)到破膜溫度而造成隔膜熔體破裂,造成電池內(nèi)部短路。因此,閉孔溫度和破膜溫度相差越大越好(即安全窗口溫度越高越好),此時(shí)電池的安全性越好。自關(guān)斷保護(hù)性能與制造隔膜的原材料和隔膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料的熔點(diǎn)決定了隔膜的閉孔溫度、破膜溫度的高低。一般生產(chǎn)隔膜的材料為PP和PE,常見(jiàn)PE的隔膜的閉孔溫度在130℃左右,破膜溫度在150℃左右;PP隔膜的閉孔溫度在145℃左右,閉孔溫度和熔融破裂溫度的測(cè)試方法是:在不斷升溫的情況下測(cè)試隔膜分隔的極板之間的電阻,隨著溫度升高,電阻突然增大,此時(shí)的溫度即閉孔溫度。再繼續(xù)升溫,電阻會(huì)突然變小,此時(shí)的溫度即破膜溫度。、熱收縮率熱收縮率反映隔膜在受熱時(shí)的尺寸穩(wěn)定性。除了隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)(-20~60℃)保持尺寸穩(wěn)定外,還有一個(gè)就是在電池生產(chǎn)過(guò)程中由于電解液對(duì)水份非常敏感,大多數(shù)廠家會(huì)在注液前進(jìn)行85~90隔膜是一種高分子材料,經(jīng)過(guò)拉伸取向后,在高溫條件下,拉伸方向都或多或少會(huì)產(chǎn)生熱收縮。單軸拉伸的產(chǎn)品在縱向熱收縮會(huì)偏大,橫向基本不產(chǎn)生熱收縮。雙軸拉伸的隔膜在兩個(gè)方向上均會(huì)產(chǎn)生熱收縮。一般隔膜的熱收縮是在自然松弛狀態(tài)下測(cè)試得到。對(duì)于卷繞形式的電芯來(lái)說(shuō),由于縱向有支撐和固定,隔膜縱向的實(shí)際熱收縮沒(méi)有那么大,對(duì)電池基本沒(méi)有影響,主要影響產(chǎn)生在隔膜的橫向收縮。(二)鋰離子電池對(duì)隔膜的要求1、對(duì)隔膜的基本要求隔膜性能決定了電池的內(nèi)阻和界面結(jié)構(gòu),進(jìn)而決定了電池容量、安全性能、充放電電流密度和循環(huán)性能等特性,因此需滿足如下一些性能:(1)化學(xué)穩(wěn)定性—電解液為有機(jī)溶劑體系,耐有機(jī)溶劑;(2)機(jī)械性能—隔膜的拉伸強(qiáng)度高,穿刺強(qiáng)度高;(3)熱穩(wěn)定性—收縮率低,具有較低的閉孔溫度和較高的破膜溫度;(4)透過(guò)率好—孔隙率高,孔徑分布均勻、透氣性好;(5)表面無(wú)靜電—不吸塵、易分離;(6)電解液浸潤(rùn)性—與電解液相容性好,吸液率高;(7)均勻性—厚度、透過(guò)率、熱收縮等。2、鋰離子電池對(duì)隔膜使用的要求電芯成型方式電池外形隔膜使用要求手動(dòng)卷繞方形、圓形隔膜單片使用,要求易分開(kāi)、易從卷針抽取疊片方形、異性隔膜單片使用,要求易分開(kāi)自動(dòng)/半自動(dòng)卷繞方形、圓形隔膜整卷使用,恒張力控制,要求端面整齊疊片方形、異性發(fā)展趨勢(shì)(一)動(dòng)力用鋰離子電池隔膜最近幾年,隨著環(huán)保和能源問(wèn)題的日益突出,國(guó)內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研究也越來(lái)越受到重視。與鉛酸、鎳氫蓄電池相比,鋰離子動(dòng)力電池具有電壓高、能量密度大、充放電速度、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì),能夠代替燃油系統(tǒng)及傳統(tǒng)鉛酸、鎳鎘電池,提升能源利用效率,減少空氣和鉛、鉻等重金屬污染。作為一種無(wú)污染儲(chǔ)能裝置,鋰離子動(dòng)力電池是發(fā)展新型可再生能源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ);作為動(dòng)力設(shè)備的驅(qū)動(dòng)能源,它基本能夠達(dá)到零排放的要求,是當(dāng)代最有前景的綠色電源。鋰離子電動(dòng)電池可廣泛應(yīng)用于車(chē)輛船艦、通信電力、UPS應(yīng)急電源、軍工等領(lǐng)域。新興的大型鋰離子動(dòng)力電池廠家都在尋求與自己生產(chǎn)工藝相匹配的優(yōu)質(zhì)隔膜,以應(yīng)用在混合動(dòng)力車(chē)以及純電動(dòng)汽車(chē)等大型且相對(duì)功率較高的電源中。由于大型動(dòng)力交通工具所用電池放電時(shí)功率大、發(fā)熱量大,因此對(duì)隔膜的耐高溫性能提出了更高的要求。大型動(dòng)力電池一般是由多個(gè)較小的電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)的方式獲得較高的電壓、電流和功率。電池組對(duì)電池單體要求的一致性、內(nèi)阻、放電倍率、循環(huán)次數(shù)等有較高要求。隔膜性能質(zhì)量的好壞對(duì)大型車(chē)用電池電化學(xué)性能表現(xiàn)方面的影響更加突出。根據(jù)動(dòng)力電池的要求,首先,隔膜必須有較好的厚度均勻性,孔的分布均勻性,孔徑分布均勻才能保證電芯在較大幅寬范圍充放電電流密度一致;其次,隔膜要具有較高的孔隙率和較大的孔徑,能夠吸收和保持更多的電解液,較小的孔徑曲折度會(huì)減小對(duì)鋰離子經(jīng)過(guò)的抑制,降低電池的內(nèi)阻,才能適應(yīng)動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)快速充放電的要求,支持動(dòng)力電池在使用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)大電流、大功率放電;第三,隔膜要能夠承受電池使用過(guò)程中產(chǎn)生的高溫,具有較好的熱穩(wěn)定性,除了有較小的熱收縮率外,還要在較高溫度條件下維持孔的大小和導(dǎo)通率基本不變,這樣才能使高溫時(shí)放電倍率不至于下降太嚴(yán)重。從隔膜材料的角度來(lái)看,PP隔膜比較適合上述動(dòng)力電池對(duì)隔膜的要求,產(chǎn)品孔徑較大,孔徑的曲折性較小,適合大電流快速放電,PP隔膜的高溫穩(wěn)定性使得其在高溫環(huán)境時(shí)放電效率仍能夠保持較高的水平。另外考慮電池的安全性,一般采用厚度在30μm以上機(jī)械強(qiáng)度高的隔膜。(二)鋰離子電池隔膜的發(fā)展趨勢(shì)鋰離子電池隔膜的發(fā)展是隨著鋰離子電池的需求不斷變化而不斷發(fā)展的,從體積上看,鋰離子電池正在朝著小和大兩個(gè)截然不同的方向發(fā)展。在一些如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品上,為了迎合美觀、便于攜帶的需求,電池廠將電池的電芯做得非常小巧。為了追求高的能量密度,在狹小的體積中能容納下更多的電極材料,電池廠家希望隔膜的厚度越薄越好,現(xiàn)在很多廠家要求提供20μm甚至16μm厚的隔膜。體積更小是對(duì)隔膜的一個(gè)挑戰(zhàn),因?yàn)楸仨毎迅裟ぷ龅帽?但要能夠保持原來(lái)的電池容量、循環(huán)性能以及安全性能等功能。而與此相反,在電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)及電動(dòng)工具等所使用的動(dòng)力電池方面,為了獲得高的容量、提供大的功率,一般一個(gè)電池需要使用幾十甚至上百個(gè)電芯進(jìn)行串接。由于鋰電池具有潛在的爆炸危險(xiǎn),隔膜的安全性相當(dāng)重要,現(xiàn)在市場(chǎng)上對(duì)厚度較厚的聚丙烯隔膜的需求量在日益增加。隔膜的性能影響離子電導(dǎo)率,從而直接影響電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等性能。由于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴非極性材料制成的隔膜具有低的表面性能,在鋰離子電池使用的極性碳酸酯類(lèi)電解液中雖能很好的浸潤(rùn),但由于吸液性能并不太好,離子電導(dǎo)率低。材料的表面性能能夠經(jīng)過(guò)表面處理進(jìn)行改進(jìn),離子輻照、表面等離子體處理以及紫外光照射接枝等方法已經(jīng)是非常成熟的表面處理方法。對(duì)聚烯烴隔膜進(jìn)行表面處理,提高隔膜的吸液性能,將是提高隔膜性能的一個(gè)重要方向。鋰離子電池的安全性是人們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn),隔膜的耐熱性能就成了制約鋰離子電池發(fā)展的一個(gè)重要因素。開(kāi)發(fā)高耐熱性能的隔膜也是一個(gè)發(fā)展方向,但無(wú)論聚乙烯、聚丙烯還是其它熱塑性高分子材料,在接近熔點(diǎn)時(shí)材料均會(huì)因融化而收縮變形,給二次鋰離子電池的安全性能帶來(lái)潛在隱患。無(wú)機(jī)物如氧化鋁、氧化鋯等在100~300℃的范圍內(nèi)非常穩(wěn)定,且它們的微/納米材料已經(jīng)市場(chǎng)化。德國(guó)的Degussa公司結(jié)合有機(jī)物的柔性和無(wú)機(jī)物良好熱穩(wěn)定性的特點(diǎn),提出一種在無(wú)紡布表面復(fù)合無(wú)機(jī)陶瓷氧化物涂層的方法,制備出了有機(jī)底膜/無(wú)機(jī)涂層復(fù)合的鋰離子電池隔膜。在電池充放電過(guò)程中,即使有機(jī)底膜發(fā)生熔化,無(wú)機(jī)涂層依然能夠保持隔膜的完整性,防止大面積正/負(fù)極短路現(xiàn)象的出現(xiàn),這種有機(jī)/由于聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)廉價(jià)的特點(diǎn),因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰離子電池研發(fā)初期便被用作鋰離子電池隔膜。時(shí)至今日,商品化的鋰離子電池隔膜依然是聚烯烴微孔膜。從結(jié)構(gòu)上看,鋰離子電池中的液態(tài)電解液有可能泄露而存在安全隱患。為了消除液態(tài)鋰離子電池潛在的爆炸隱患,近年使電解液與具有離子傳輸性能的聚電解質(zhì)充分浸潤(rùn)形成凝膠的全固態(tài)凝膠聚合物鋰離子電池開(kāi)始出現(xiàn)。全固態(tài)鋰離子聚合物電池采用凝膠聚電解質(zhì),要求隔膜具有很好的吸液性能,出現(xiàn)了以偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)為主要材料經(jīng)過(guò)溶劑涂膜、靜電紡絲或拉伸的方法制備凝膠聚合物隔膜的研究和報(bào)道。同時(shí)在以聚烯烴隔膜材料為基體,涂覆PVDF、PEO等材料,適應(yīng)于凝膠聚合物鋰離子電池的復(fù)合隔膜的研究也有大量的報(bào)道。開(kāi)發(fā)能夠滿足全固態(tài)鋰離子聚合物電池使用的隔膜將是一個(gè)方向。隔膜知識(shí)問(wèn)答與注意事項(xiàng)(一)隔膜知識(shí)問(wèn)與答1、孔隙率與透氣率的關(guān)系?答:孔隙率是指單位體積中隔膜中微孔所占的百分比,一般是經(jīng)過(guò)測(cè)定隔膜的表觀密度與原材料密度的比值得到的。由于隔膜的厚度比較難準(zhǔn)確測(cè)到,因此計(jì)算出來(lái)的孔隙率會(huì)有一定偏差。干法隔膜的孔隙率一般在35-50%,濕法隔膜的孔隙率在40-60%。透氣率是指在一定壓力條件下隔膜透過(guò)氣體的能力,一般見(jiàn)Gurley數(shù)表示。常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備為Gurley透氣儀,市場(chǎng)產(chǎn)品一般會(huì)標(biāo)識(shí)100ml或10ml氣體的透過(guò)時(shí)間,時(shí)間越長(zhǎng),隔膜的透過(guò)能力越差。不同種隔膜之間的孔隙率的絕對(duì)值是無(wú)法直接比較的。但在同一類(lèi)產(chǎn)品中,一般情況下孔隙率與透氣率是正相關(guān),即孔隙率越大,透氣度越好,在有些情況下隔