鋰離子電池由正負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜和電池外殼組成。作為電池的第三極,隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵內(nèi)層組件之一,其性能決定了電池的接口結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等,直接影響了電池的能量、循環(huán)以及安全性等特性,質(zhì)量較高的隔膜對提高鋰電池綜合性能起到重要的作用。那么,鋰離子電池隔膜主要性能要求有哪些呢?
1、厚度:對于消耗型鋰離子電池,25微米的隔膜逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)。然而,由于人們對便攜式產(chǎn)品的使用的日益增長,更薄的隔膜,比如說20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應(yīng)用。對于動力電池來說,由于裝配過程的機(jī)械要求,往往需要更厚的隔膜,當(dāng)然對于動力用大電池,安全性也是非常重要的,而厚一些的隔膜往往同時意味著更好的安全性,EV/HEV使 用的是厚度為40微米左右的隔膜。
2、透氣率:一般來說,隔膜中會有一個透氣率參數(shù),并稱之為Gurley指數(shù)。Gurley指數(shù),是指一定體積的氣體,在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所需要的時間,氣體的體積量一般為50cc。 Gurley指數(shù)與電池內(nèi)阻成正比,數(shù)值越大,內(nèi)阻就越大。因為同一種隔膜相對來說微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可比較的,所以同一種隔膜的Gurley 數(shù)的大小能很好的反應(yīng)出內(nèi)阻的大小,
3、自動關(guān)閉機(jī)理:目前鋰電池用隔膜一般都能夠提供一個附加的功能,就是熱關(guān)閉。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護(hù)。該功能主要參數(shù)為閉孔溫度和破膜溫度。
閉孔溫度是微孔閉合時的溫度,即閉合溫度。當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生放熱反應(yīng)、自熱、過充或電池外部短路時,這些情況會產(chǎn)生大量熱量。由于聚烯通過材料的熱塑性,當(dāng)溫度接近聚合物熔點時,微孔閉合形成熱關(guān)閉,阻斷離子的持續(xù)傳輸,形成斷路,保護(hù)電池。PE為130-140℃,PP為150℃。
4、孔隙率:孔隙率,是指塊狀材料中孔隙體積與材料在自然狀態(tài)下總體積的百分比。一般,隔膜孔隙率在35%-60%之間?紫堵实拇笮『蛢(nèi)阻有一定的關(guān)系,但不同種隔膜之間的空隙率的絕對值無法直接比較。
5、熱穩(wěn)定性:隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(nèi)(-20°C~60°C)保持穩(wěn)定。目前,隔膜使用的PE(聚乙烯)或PP(聚丙烯)材料均可以滿足上述要求。通常,真空條件下,90C恒溫60分鐘,隔膜橫向縱向收縮應(yīng)小于5%。
6、力學(xué)強(qiáng)度:隔膜的力學(xué)強(qiáng)度可以通過抗穿刺強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度來衡量。
抗穿刺強(qiáng)度:是指施加在給定針形狀上戳穿隔膜樣品的質(zhì)量,表示隔膜在裝配過程中短路的趨勢。為了防止短路,隔膜必須具有一定的抗穿刺強(qiáng)度?勾┐虖(qiáng)度值一般為300-500g。
拉伸強(qiáng)度:是反映隔膜在使用過程中受到外力作用時維持尺寸穩(wěn)定性的參數(shù),若拉伸強(qiáng)度不夠,隔膜變形后不易恢復(fù)原尺寸會導(dǎo)致電池短路。
隔膜的拉伸強(qiáng)度須滿足當(dāng)施加1000 psi的外力時,隔膜的偏置屈服應(yīng)小于2%。
7、化學(xué)穩(wěn)定性:換句話說就是要求隔膜在電化學(xué)反應(yīng)中是惰性的。一般通過耐電解質(zhì)的腐蝕性和膨脹率來評估其化學(xué)穩(wěn)定性。經(jīng)過若干年的工業(yè)化檢驗,一般認(rèn)為目前隔膜用材料PE或PP是滿足化學(xué)惰性要求的。
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