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锂离子电池隔膜种类和要求丨锂离子电池

锂离子电池隔膜是一种多孔塑料薄膜,能够保证锂离子自由通过形成回路,同时阻止两电极相互接触起到电子绝缘作用。在温度升高时,

锂离子电池隔膜是一种多孔塑料薄膜,能够保证锂离子自由通过形成回路,同时阻止两电极相互接触起到电子绝缘作用。在温度升高时,有的隔膜可通过隔膜闭孔功能来阻隔电流传导,防止电池过热甚至爆炸。虽然隔膜不参与电池的电化学反应,但隔膜厚度、孔径大小及其分布、孔隙率、闭孔温度等物理化学性能与电池的内阻、容量、循环性能和安全性能等关键性能都密切相关,直接影响电池的电化学性能。尤其是对于动力锂离子电池,隔膜对电池倍率性能和安全性能的影响更显著。本节首先讨论隔膜种类和要求,然后重点讨论湿法聚烯烃多孔膜、干法聚烯烃多孔膜和有机/无机复合膜。

聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点,目前商品化的液态锂离子电池大多使用微孔聚烯烃隔膜,包括聚乙烯(PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜以及PP/PE/PP三层复合膜。同时有机/无机复合膜也已经在逐步推广应用。

锂离子电池中的隔膜要求具有良好的力学性能和化学稳定性。从提高电池容量和功率性能角度,希望隔膜尽量薄,具有较高的孔隙率,以及对电解液的吸液性能。从安全性能角度,还需要有较高的抗撕裂强度、良好的弹性,防止短路。隔膜应具有热关闭特性,即电池温度高到一定程度时,隔膜微孔关闭,电池内阻快速上升,避免电池热失控。随着锂离子电池作为动力的交通工具及储能电池的出现,动力锂离子电池对隔膜提出了更苛刻的要求:要求隔膜具有更好的耐热性,如200℃不收缩;要求隔膜具有更高的耐电化学稳定性,如电化学窗口大于5.0V;要求隔膜具有更好的吸液性能,如吸液率大于200%;同时对隔膜的厚度、孔径分布的均一性提出了更高要求。

锂离子电池隔膜的表征参数包括隔膜的孔径及分布、孔隙率、厚度、透气度、电子绝缘性、吸液保液能力、力学性能、耐电解液腐蚀和热稳定性能等,这些性能与锂离子电池的电化学性能密切相关。下表列出了不同型号商业化锂离子电池隔膜的典型技术指标。

表:商业化锂离子电池隔膜的典型技术指标