鋰電池隔膜紙性能要求

鋰電池隔膜紙性能要求第一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜應(yīng)有的基本要求1.電絕緣性好（非電子導(dǎo)體）；2.對(duì)電解質(zhì)離子有很好的透過性，電阻低；3.對(duì)電解質(zhì)具有化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；4.對(duì)電解質(zhì)潤(rùn)濕性好;5.具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，厚度盡可能小;第二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜性能主要指外觀;厚度;面密度;電阻;干態(tài)及濕態(tài)抗拉強(qiáng)度;孔率;孔徑;吸液率;吸液速率;保持電解液能力;耐電解液腐蝕能力.第三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜在鋰離子電池的應(yīng)用1.主要作用2.基本要求3.主要性能及其評(píng)價(jià)4.隔膜主要性能對(duì)電池的影響第四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五主要作用1.利用其不導(dǎo)電性使電池正負(fù)極隔開,防止短路;2.依靠自身微孔結(jié)構(gòu)讓鋰離子通過,使電解質(zhì)反應(yīng),保持良好的離子導(dǎo)電性;3.外部短路或錯(cuò)誤連接導(dǎo)致大電流,隔膜因熱變形使微孔閉塞切斷電流回路,確保安全.第五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五基本要求1.足夠的隔離性和電子絕緣性,能夠保證正負(fù)極的機(jī)械隔離和阻止活性物質(zhì)的遷移;2.有一定的孔徑,對(duì)鋰離子有很好的透過性,保證低的電阻和高的離子導(dǎo)電率;3.有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性,一定的耐濕性和耐腐蝕性;4.對(duì)電解液浸潤(rùn)性好5.有足夠的力學(xué)性能和防震能力,厚度盡可能小;6.占的體積小,易于實(shí)現(xiàn)薄膜化;7.自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能好;第六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五主要性能及其評(píng)價(jià)1.電絕緣性能:用絕緣耐壓性來評(píng)價(jià).隔膜的絕緣耐壓性如果高的話(Celgard2400d的典型數(shù)值是1000±200V),他的電接觸耐壓能力也就提高.注入電解液前在電池上加電壓,如果感到有電流,那就說明有電接觸,此評(píng)價(jià)的結(jié)果依賴于隔膜的強(qiáng)度和電池裝配條件,尤其是依賴于電極設(shè)計(jì).隔膜在保持電解液時(shí)電阻要低,如果此時(shí)電阻過高必將影響電池的容量特性及電池性能.第七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜的化學(xué)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法:通過測(cè)定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評(píng)價(jià).耐電解液腐蝕能力:將電解液加溫到50℃后將隔膜紙浸入其中4-6個(gè)小時(shí),取出洗凈,烘干與原樣比較.脹縮率:將隔膜紙浸泡在電解液中4-6h后檢測(cè)尺寸變化,與干態(tài)樣相減求百分率.第八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜紙的潤(rùn)濕性能評(píng)價(jià)方法:η=m2-m1/m1η為吸液率較好的潤(rùn)濕性能有利于隔膜同電解液間的親和,擴(kuò)大隔膜與電解液的接觸面積,增加電解液對(duì)膜的潤(rùn)濕度,使盡量多的鋰離子透過隔膜,從而增加離子導(dǎo)電性,電池的放電性和容量.第九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五拉伸強(qiáng)度:縱向和橫向拉伸強(qiáng)度(主要要求縱向)25μm厚的隔膜縱向拉伸強(qiáng)度在1000kg/cm2

以上.穿刺強(qiáng)度:與電極板表面的粗糙程度有關(guān),電極使用不同的材料要求隔膜的穿刺強(qiáng)度也不同.隔膜的力學(xué)性能第十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.孔徑:可用壓汞法測(cè)定;通過汞的體積和壓力,微孔的大小有關(guān);2.孔率:單位膜的體積中孔的體積百分率;可用比重法測(cè)定:孔率=D0-D/D03.孔的曲折度:膜的厚度和氣體或液體在實(shí)際膜當(dāng)中通過的路徑比例.(電池放電一般對(duì)膜的電阻而言,低曲折系數(shù)是有利的;對(duì)短路時(shí)的shutdown來講,高的曲折系數(shù)有利.)第十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五透氣性透氣性是反映隔膜的孔隙率;孔徑大小等內(nèi)部結(jié)構(gòu)綜合因素.通常測(cè)定透氣度tt∝d-1*ξ-1*h*q2R∝t*d

第十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五透氣度透氣度:在一定條件下(壓力,測(cè)定面積)一定量空氣通過隔膜所需要的時(shí)間,稱作Gurley值.

Gurley=(10ml/V)*12.56cm2/in2第十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五電流切斷特性(Shutdown)Shutdown特性:隔膜在大電流或外部短路時(shí)微孔閉塞,切斷電流回路的功能(一種安全保護(hù)性能).主要參數(shù):隔膜的閉孔溫度(SD)和熔融破裂溫度(MD)隔膜孔結(jié)構(gòu)的影響:高曲折度,小孔徑對(duì)阻止和切斷異常電流有利;但有對(duì)電池離子導(dǎo)電性和放電性有負(fù)面影響.第十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五閉孔溫度:外部短路或非正常大電流通過時(shí)所產(chǎn)生的熱量使隔膜微孔閉塞時(shí)的溫度.熔融破裂溫度:給隔膜進(jìn)行加熱,當(dāng)溫度超過其熔點(diǎn)發(fā)生破裂的溫度.SD溫度應(yīng)低于MD溫度,而且兩個(gè)溫差大,但小于190℃(金屬鋰起火溫度).SD溫度是電池使用的最高溫度;第十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五測(cè)試方法熱電池法:用電極夾住隔膜構(gòu)成電池,然后電池升溫,測(cè)定隔膜內(nèi)阻.第十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五TMA(熱機(jī)械分析)熱機(jī)械分析:在恒定的拉力(2gf)用TMA設(shè)備在以5℃/min的速率下測(cè)定樣品的收縮第十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五TCN’Smethod在一定壓力面積下,隨著溫度的提高測(cè)定Gurley值.SD溫度:當(dāng)Gurley值增加時(shí)的最低溫度被認(rèn)為是閉孔溫度.MD溫度:當(dāng)Gurley值迅速變小時(shí)(樣品被熔化破裂)被認(rèn)為是熔化溫度.第十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五氮?dú)馔高^量與溫度的關(guān)系第十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五IQC測(cè)透氣度設(shè)備第二十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性隔膜類別電阻上升溫度/℃電阻下降溫度/℃膜破裂溫度/℃PP156-163164-177162PE130-133139-144139PP/PE131-137167-191167PP/PE/PP134-135159-192165第二十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五PE膜熔點(diǎn)低,閉孔溫度低.PP膜熔點(diǎn)破裂溫度較高,在PE閉孔后仍然保持良好的力學(xué)性能.第二十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜材料的制造技術(shù)相分離法(濕法)的制造高分子聚合物溶劑（添加劑）混合加熱薄膜化、微相分離(結(jié)晶化)脫溶劑延伸(多孔形成)第二十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五延伸造孔法(干法)延伸法的制造流程如右圖:高分子粘稠液、聚合物溶劑(添加劑)薄膜化(定向結(jié)晶)熱處理(重結(jié)晶,高延展層)延伸(多孔形成)第二十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五多層膜的生產(chǎn)工藝示意圖第二十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜改進(jìn)方向要求性能改進(jìn)技術(shù)對(duì)電池性能影響強(qiáng)度高(薄化)采用超高分子量聚合物;利用成形技術(shù)對(duì)結(jié)晶性、結(jié)構(gòu)機(jī)械控制容量高;防止短路;提高加工性離子透過性高(阻抗低)利用成形技術(shù)控制孔的形狀、直徑和孔隙率等提高大電流充放電性能電流遮斷性按要求不同采用不同聚合物和熔點(diǎn)不同的聚合物的復(fù)合材料提高電池的安全性第二十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五鋰離子隔膜與分離膜;透氣膜的不同1.作用不同:隔膜使電池正負(fù)極隔離,鋰離子可逆往返其孔隙;分離膜的作用是使多組分溶劑和溶質(zhì)的分離,截留,分級(jí),提純和富集,不可逆;

透氣膜的作用是透過濕氣和氧氣等氣體,一般不可逆;第二十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五透過物透過微孔的動(dòng)力不同鋰離子隔膜依靠鋰離子在正負(fù)極的濃度差和充電時(shí)的電場(chǎng);分離膜依靠外部壓力;透氣膜是內(nèi)部氣體濃度差第二十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五透過物不同1.隔膜只讓鋰離子通過;2.分離膜透過物是大分子,微粒,粒子,粗粒子,如細(xì)菌,蛋白質(zhì),鹽等;3.透氣膜透過物是氣體分子;如氧氣,水蒸汽等;第二十九頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五制造方法不同1.隔膜的制造方法很多,目前較先進(jìn)的工藝是celgard法生產(chǎn)單層和多層PP,PE微孔膜2.分離膜有相轉(zhuǎn)化法等十多種化學(xué)和物理的制造方法.3.透氣膜常用化學(xué)發(fā)泡法制造.第三十頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜紙收縮率(1)第三十一頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五隔膜紙收縮率(2)第三十二頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五三層隔膜紙SEM(掃描電子顯微鏡)第三十三頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五三層隔膜紙SEM(掃描電子顯微鏡)第三十四頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五單層隔膜紙SEM(掃描電子顯微鏡)第三十五頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五單層隔膜紙SEM(掃描電子顯微鏡)第三十六頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五三層隔膜紙DSC數(shù)據(jù)第三十七頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五單層隔膜紙DSC數(shù)據(jù)第三十八頁，共四十四頁，編輯于2023年，星期五三層隔膜紙XRD