鋰電池隔膜紙性能要求.ppt

隔膜的作用,1.使電池的正,負(fù)極分隔開來,防止短路; 2.吸附電池中電解液,確保高的離子電導(dǎo)率; 3.有的還能防止對電池反應(yīng)有害的物質(zhì)在電極間遷移; 4.保證在電池發(fā)生異常時使電池反應(yīng)停止,提高電池的安全性能;,隔膜應(yīng)有的基本要求,1.電絕緣性好（非電子導(dǎo)體）； 2.對電解質(zhì)離子有很好的透過性，電阻低； 3.對電解質(zhì)具有化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性； 4.對電解質(zhì)潤濕性好 ; 5.具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，厚度盡可能小 ;,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.,隔膜在鋰離子電池的應(yīng)用,1.主要作用 2.基本要求 3.主要性能及其評價 4.隔膜主要性能對電池的影響,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.,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.對電解液浸潤性好 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.自動關(guān)斷保護(hù)性能好;,主要性能及其評價,1.電絕緣性能:用絕緣耐壓性來評價.隔膜的絕緣耐壓性如果高的話(Celgard2400d的典型數(shù)值是1000200V),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,此評價的結(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. 隔膜在保持電解液時電阻要低,如果此時電阻過高必將影響電池的容量特性及電池性能.,隔膜的化學(xué)穩(wěn)定性,評價方法:通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價. 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個小時,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后檢測尺寸變化,與干態(tài)樣相減求百分率.,隔膜紙的潤濕性能,評價方法:=m2-m1/m1 為吸液率 較好的潤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,增加電解液對膜的潤濕度,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.,拉伸強(qiáng)度:縱向和橫向拉伸強(qiáng)度(主要要求縱向)25m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,隔膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),1.孔徑:可用壓汞法測定;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;可用比重法測定:孔率=D0-D/D0 3. 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.(電池放電一般對膜的電阻而言,低曲折系數(shù)是有利的;對短路時的shutdown來講,高的曲折系數(shù)有利.),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.通常測定透氣度t td-1 * -1 *h*q2 R t*d,透氣度,透氣度:在一定條件下(壓力,測定面積)一定量空氣通過隔膜所需要的時間,稱作Gurley值. Gurley=(10ml/V)*12.56cm2 /in2,電流切斷特性(Shutdown),Shutdown特性: 隔膜在大電流或外部短路時微孔閉塞,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,小孔徑對阻止和切斷異常電流有利;但有對電池離子導(dǎo)電性和放電性有負(fù)面影響.,閉孔溫度:外部短路或非正常大電流通過時所產(chǎn)生的熱量使隔膜微孔閉塞時的溫度. 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;,測試方法,熱電池法:用電極夾住隔膜構(gòu)成電池,然后電池升溫,測定隔膜內(nèi)阻.,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的速率下測定樣品的收縮,TCNS method,在一定壓力面積下,隨著溫度的提高測定Gurley值. SD溫度:當(dāng)Gurley值增加時的最低溫度被認(rèn)為是閉孔溫度. MD溫度:當(dāng)Gurley值迅速變小時(樣品被熔化破裂)被認(rèn)為是熔化溫度.,氮?dú)馔高^量與溫度的關(guān)系,隔膜多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,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.,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),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),多層膜的生產(chǎn)工藝示意圖,隔膜改進(jìn)方向,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,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;,透過物透過微孔的動力不同,鋰離子隔膜依靠鋰離子在正負(fù)極的濃度差和充電時的電場; 分離膜依靠外部壓力; 透氣膜是內(nèi)部氣體濃度差,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;,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.,隔膜紙收縮率(1),隔膜紙收縮率(2),三層隔膜紙SEM(掃描電子顯微鏡),三層