鋰離子電池之隔膜材料都有哪些性能呢

目前商業(yè)化鋰離子電池中，隔膜材料主要是聚烯烴高分子材料，涉及的關(guān)鍵性能較多，主要包括：厚度、孔隙率與孔徑分布、透氣值、電解液浸潤(rùn)性、離子電導(dǎo)率、穿刺強(qiáng)度、熱性能。



圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

1、厚度

厚度是隔膜重要的基本特性之一，包括隔膜基膜及涂層截面方向的尺寸。一般保證隔膜強(qiáng)度的情況下，隔膜越薄越好。隔膜薄對(duì)提升電芯（電池去除外殼和保護(hù)電路的部分）能量密度有益；隔膜厚，鋰離子電池發(fā)生短路的概率低，安全性好。



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通常要求，機(jī)械拉伸方向的隔膜厚度與垂直于機(jī)械拉伸方向的隔膜厚度保持一致（個(gè)人理解：沿上述兩個(gè)方向拉伸，均不出現(xiàn)隔膜厚度不均勻的情況）。



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不同的需求采用不同材質(zhì)與厚度的隔膜。手機(jī)、筆記本電腦等消費(fèi)類鋰離子電池的隔膜厚度逐漸以25um為標(biāo)準(zhǔn)，但由于用戶對(duì)便攜式產(chǎn)品需求的日益增長(zhǎng)，20um、18um、16um或更薄的薄膜開始得到應(yīng)用。動(dòng)力電池由于裝備過程的機(jī)械要求（個(gè)人理解：過于薄的隔膜在電池組裝中容易破損）和更高的安全性需求，往往需要更厚的隔膜。

2、孔隙率與孔徑分布

孔隙率與孔徑分布是隔膜微觀結(jié)構(gòu)的重要屬性。

孔隙率的定義是孔隙體積占整體體積的比例，孔隙率對(duì)電解液保液量（根據(jù)文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)資料理解：隔膜可以保持含有電解液多少的度量，電解液保液量過低對(duì)電池性能有負(fù)面影響，電解液保液量過高對(duì)電池外觀有負(fù)面影響）、鋰離子電池內(nèi)阻、自放電等均產(chǎn)生一定程度的影響。

一般，隔膜孔隙率越大，對(duì)電解液保液量越大，鋰離子通過隔膜傳輸阻隔越小，電芯內(nèi)阻越小。但當(dāng)隔膜孔隙率過高，孔徑過大，鋰離子電池正負(fù)極極片直接接觸的概率增大，自放電值增大。



圖片來源：學(xué)堂在線《鋰離子電池材料與技術(shù)》

當(dāng)隔膜孔徑分布不均勻時(shí)，在鋰離子電池大倍率充放電的情況下，電流密度分布可能不均勻，影響鋰離子電池循環(huán)壽命等性能。

孔隙率測(cè)試一般使用吸液法、計(jì)算法、測(cè)試法。其中計(jì)算法通常被隔膜廠商使用?？紫堵实挠?jì)算公式如下：

孔隙率（%）=（1-（隔膜質(zhì)量/骨架密度）/隔膜表觀體積）×100% 其中骨架密度是隔膜所使用原材料的密度（個(gè)人理解：未制作出多孔結(jié)構(gòu)時(shí)，原材料的密度）。個(gè)人理解：隔膜表觀體積是隔膜（個(gè)人理解：已制作出多孔結(jié)構(gòu)）在肉眼觀察的條件下所測(cè)得的體積。

現(xiàn)階段商業(yè)化鋰離子電池中，濕法PE（聚乙烯）隔膜孔隙率一般處于35%~48%之間，干法PP（聚丙烯）隔膜孔隙率一般處于45%~55%之間。

3、透氣值

透氣值反映隔膜的透過能力，一般采用Gurley法進(jìn)行測(cè)試，透氣值的單位為秒。透氣值的定義是一定體積（如100cm3）的空氣，在一定壓力下，通過一定面積的隔膜所需要的時(shí)間。

對(duì)于不同種類的隔膜，因?yàn)椴煌N類隔膜的微觀結(jié)構(gòu)不同，所以無法直接通過透氣值比較不同種類隔膜的性能優(yōu)劣。對(duì)于同種類隔膜，其他條件不變，透氣值越大，所制作的鋰離子電池內(nèi)阻越大。

審核編輯：劉清