18650鋰離子電池隔膜的性能特征

18650鋰離子電池隔膜的性能特征18650鋰離子電池隔膜的性能特征表現(xiàn)在哪些方面鋰離子電池/特征資料1孔隙率大多數(shù)鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%-50%之間，其中有些商品隔膜(如表面經(jīng)表面活性劑處理)其孔隙率低于30%，也有的隔膜孔隙率較高，可達(dá)60%左右。高性能的鋰離子電池主要依賴于隔膜中所填充液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性，鋰離子電池的非水液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率一般在10的負(fù)二次方-10的負(fù)三次方S·cm負(fù)一次方范圍內(nèi)。盡管隔膜能有效阻止正負(fù)極之間短路，降低正負(fù)極之間的距離，從而相應(yīng)地降低電池的阻抗，但它的存在導(dǎo)致電解液中有效離子傳導(dǎo)率下降，增加了電池的阻抗，有的隔膜甚至可以導(dǎo)致離子傳導(dǎo)率下降1～2個(gè)數(shù)量級。原則上，對于一定的電解質(zhì)，具有高孔隙率的隔膜可降低電池的阻抗，但是孔隙率并非越高越好，孔隙率越高，它們的抗力學(xué)性能及抗開孔性能就越差。即使孔隙率及厚度一致，由于孔的貫通性不一樣，其阻抗也可能不相同。2孔徑大小及分布商品膜的孔徑一般在0.03-0.05μm或0.09-0.12μm，大多商品膜的最大孔徑與平均孔徑分布的差別低于0.01μm，孔徑分布較窄。亞微米級孔徑對于防止鋰電池的正負(fù)極短路是極其重要的。隔膜越薄，越有利于溶質(zhì)通過，從而提高能量密度及降低電池的阻抗，但是為了防止電極上掉下來的活性物質(zhì)通過隔膜而引起物理短路，其厚度一般為25-35μm?？讖降拇笮〖胺植寂c微孔膜的制備方法有關(guān)，在熔融擠出/拉伸/熱定型方法中，與熔融擠出的溫度、應(yīng)力、冷卻條件及拉伸條件等工藝條件有很大關(guān)系，此外還與加入成核劑的種類及數(shù)量密切相關(guān)。而在熱致相分離方法中，其孔徑的大小及分布與添加的第二組分的數(shù)量、擠出溫度及拉伸條件有關(guān)。3透氣度隔膜的透氣度，是指在一定條件下（壓力、測定面積），一定量氣體通過隔膜所需的時(shí)間，稱作Gurley指數(shù)。透氣度是透氣膜的一種重要的物化指標(biāo)，它是由膜的孔徑大小、孔徑分布、孔隙率等決定的。由于透氣度的測定方法比較簡便，經(jīng)常用來作為評價(jià)隔膜對電池性能影響的參數(shù)。壓降隨時(shí)間下降越快，表明隔膜的透氣率越高，反之則越低。一般而言，孔隙率越低，壓降下降越慢，透氣率越低。雙層或多層膜的透氣率一般低于同種材料的單層膜，對于孔隙率相同的同種材料，透氣率相近；不同材料即使孔隙率相近，但是由于孔徑貫通性的差別，其透氣率也有很大的差別。4電性能隔膜的絕緣性能可以用絕緣耐壓性來評價(jià)。如果隔膜的絕緣耐壓性高，它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，如果有電流，那就說明有電接觸。此評價(jià)的結(jié)果依賴于隔膜的強(qiáng)度和電池裝配條件，尤其是依賴于電極的設(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。電阻根據(jù)電解不同發(fā)生變化，含有鋰鹽的PC/DME阻抗的數(shù)值在Ω·cm2的數(shù)量級。5熱性能與大多數(shù)電池一樣，在一定的溫度以上電池內(nèi)的組分將發(fā)生放熱反應(yīng)而導(dǎo)致“自熱”。另外由于充電器失靈、安全電流失靈等將會導(dǎo)致過度充電發(fā)生，鋰離子電池在過度充電時(shí)會產(chǎn)生熱量，鋰電池中隔膜的自關(guān)閉性質(zhì)是鋰離子電池限制溫度升高及防止短路的有效方法之一。當(dāng)溫度接近聚合物熔點(diǎn)時(shí)，傳導(dǎo)離子的多孔聚合物膜變成了無孔的絕緣層，微孔閉合而產(chǎn)生自關(guān)閉現(xiàn)象。這時(shí)，阻抗明顯上升，通過電池的電流也受到限制，因而可防止由于過熱而引起的爆炸等現(xiàn)象，這種功能稱為隔膜的電流切斷(shutdown)特性。大多數(shù)聚烯烴隔膜由于其熔化溫度低于200℃，如聚乙烯隔膜的自閉溫度為130-140℃，而聚丙烯隔膜的自閉溫度為170℃左右。但在某些情況下，即使已經(jīng)“自閉”，電池的溫度仍然可能繼續(xù)升高，為了提高電池隔膜在shutdown熔化溫度的范圍，保證隔膜能耐足夠高的強(qiáng)度，近年來開發(fā)了PP與PE復(fù)合膜。由于PP/PE/PP復(fù)合隔膜提供了較低的自閉溫度，同時(shí)又保持了其強(qiáng)度，復(fù)合隔膜具有二者的優(yōu)勢，其安全性要比只用單層膜要好。圖7-118為含聚烯烴隔膜的鋰離子電池升溫時(shí)阻抗與溫度的關(guān)系。圖中ａ為采用單層PP隔膜的鋰離子電池，在溫度為165℃時(shí)阻抗明顯升高約2個(gè)數(shù)量級，但是其阻抗仍然不是很高，此情形下仍有可能繼續(xù)充電而導(dǎo)致安全問題；b為PE隔膜，其自閉溫度為135℃，此時(shí)阻抗約升高3個(gè)數(shù)量級，可以看出PE具有較低的自閉溫度及高的阻抗；c為PP/PE/PP多層隔膜，其自閉溫度寬且自閉時(shí)阻抗較高，在鋰離子電池中使用較安全。因此多層復(fù)合隔膜既具有一定的強(qiáng)度又具有較低的自閉溫度，較適合作為鋰離子電池隔膜。值得指出的是，并不是所有隔膜都具有相同的關(guān)閉行為，其關(guān)閉能力與聚合物的分子量、結(jié)晶度、加工歷史等有關(guān)。6機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是隔膜在長度方向以及垂直方向的拉伸強(qiáng)度，另一個(gè)是在厚度方向上的穿刺強(qiáng)度。鋰離子電池對隔膜的強(qiáng)度要求較高，一般而言孔隙率越高，其阻抗越低，強(qiáng)度下降。由于濕法和干法制得的隔膜都是由拉伸形成微孔，所以在拉伸方向上的強(qiáng)度比較高，25μm厚的隔膜拉伸強(qiáng)度在1000kg·cm負(fù)二次方以上。采用單軸拉伸時(shí)，膜在拉伸方向與垂直拉伸方向的強(qiáng)度不同，典型的鋰電池隔膜在垂直拉伸方向上的強(qiáng)度約是拉伸方向的1/10。采用雙軸拉伸制備的隔膜其強(qiáng)度在兩個(gè)方向上基本一致。實(shí)際的電池制造中，要求的是長度方向的拉伸強(qiáng)度，目前市售隔膜的拉伸強(qiáng)度都能滿足電池制造的要求。穿刺強(qiáng)度和電極板表面的粗糙度有關(guān)，電極使用的材料不同，要求隔膜的穿刺強(qiáng)度也不同。例如，碳素材料顆粒如果細(xì)而且沒有棱角，要求隔膜的穿刺強(qiáng)度值就比較低，相反，如果顆粒粗而大，并且棱角尖銳，則要求的隔膜穿刺強(qiáng)度就高。此外，還用離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定窗口、鋰離子遷移數(shù)等來表征聚合物電解質(zhì)膜。多層隔膜既具有一定的強(qiáng)度又具有較低的自關(guān)閉溫度，較適合作為鋰離子電池隔膜。固體聚合物電解質(zhì)在鋰離子電池中作為電解質(zhì)的同時(shí)還可起到隔膜的作用，是很有前途的鋰離子電池隔膜材料。注意事項(xiàng)電解質(zhì)，具有高孔隙率的隔膜可降低電池的阻抗一定的溫度以上電池內(nèi)的組分將發(fā)生放熱反應(yīng)而導(dǎo)致“自熱”。電池保養(yǎng)常識：1記憶效應(yīng)鎳氫充電電池上常見的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)就是：如果長期不充滿電就開始使用電池的話，電池的電量就會明顯下降，就算以后想充滿也充不滿了。所以保養(yǎng)鎳氫電池的重要方式就是：電必須用完了才能開始充電，充滿了電了才允許投入使用?，F(xiàn)在常用的鋰電池的記憶效應(yīng)是可以小到忽略不計(jì)的。2完全充電，完全放電是針對鋰電池來說的。完全放電就是指把用電智能設(shè)備，如手機(jī)，調(diào)整到最低功率狀態(tài)耗去電量直到手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)的過程。完全充電就是指把完全放電的用電智能設(shè)備，如手機(jī)，接到充電器上直到手機(jī)上提示“充滿”的過程。3過度放電是針對鋰電池來說的。完全放電后鋰電池內(nèi)部還會留有少量電量，但這部分電量對于鋰電池的活性和壽命至關(guān)重要。過度放電：完全放電后，如果繼續(xù)采用其它方式，如：強(qiáng)行再次開啟手機(jī)、電池接小燈泡耗費(fèi)殘留電量的話，這叫過度放電，會對鋰電池造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。4保護(hù)芯片鋰電池對充放電時(shí)對接入的電流電壓有極為嚴(yán)格的要求，為了保護(hù)電池不因?yàn)橥饨珉姯h(huán)境失常而損壞，電池本體內(nèi)部會設(shè)置管理電池狀態(tài)的芯片。這個(gè)芯片同時(shí)還有記錄電池容量，校正電池容量的功能?，F(xiàn)在，就算是山寨手機(jī)電池也是不會節(jié)省這個(gè)關(guān)鍵的保護(hù)芯片的，不然山寨手機(jī)電池根本不可能用很久。5過沖過放保護(hù)電路用電智能設(shè)備內(nèi)置的全面管理電池的芯片及電路。比如手機(jī)上，就有這樣的電路，大概功能如下：6電時(shí)，提供最合適的電壓電流給電池。在合適的時(shí)機(jī)停止充電。7充電時(shí)，時(shí)刻檢查電池殘留電量，在合適的時(shí)機(jī)命令手機(jī)關(guān)機(jī)，防止過度放電。8開機(jī)時(shí)，檢查電池是否已被完全放電，如果已被完全放電，則提示用戶充電，然后關(guān)機(jī)。9避免電池或充電線電力異常，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)斷開電路，保護(hù)手機(jī)。10過度充電：是針對鋰電池來說的。正常情況下，鋰電池充到一定電壓（也就是充滿）就會被上級電路截?cái)喑潆婋娏?，但由于某些設(shè)備內(nèi)置的過沖過放保護(hù)電路的電壓電流參數(shù)不同（如手機(jī)電池座充），導(dǎo)致雖已充滿，但還未停止充電的現(xiàn)象。過度充電也會導(dǎo)致電池性能傷害。11激活鋰電池長期（三個(gè)月以上）不使用，會產(chǎn)生電極材料鈍化，電池性能下降，可以采用三次完全充電、完全放電來解除純化，發(fā)揮出電池的最高性能。二、常見錯(cuò)誤觀點(diǎn)：1首先使用必須進(jìn)行完全放電，然后進(jìn)行完全充電，重復(fù)三次，以便于激活電池。否則電池就永遠(yuǎn)都不好用了??！解答：如果實(shí)在閑的沒事做，這么做可以，但不是必須的，因?yàn)榧せ畈僮鞑皇潜仨毞旁诘谝淮问褂镁妥龅?。只要隨著不斷的使用,電極鈍化無需刻意激活也可以慢慢消失。2，充電時(shí)不要使用手機(jī)，對電池有害，也會產(chǎn)生超大量輻射傷害人體。解答：充電時(shí)使用手機(jī)是否對電池有害要根據(jù)情況來說（本文后會說明），但是有一點(diǎn)可以確定的是，充電時(shí)使用手機(jī)絕對不會產(chǎn)生比平時(shí)使用手機(jī)多的輻射。鋰電池在壽命周期內(nèi)只能充放電XXX次，所以每次用就盡量用到自動(dòng)關(guān)機(jī)，每次充就盡量充到滿電。第一個(gè)子句是對的，后面是錯(cuò)的。這個(gè)次數(shù)中的每一次，都是指完整的一次，比如從20%充電到30%停止充電，這個(gè)只算是1/10次，從80%放電到60%,只能算是1/5次。前三次充電必須達(dá)到12小時(shí)，否則就影響電池性能。如果是為了激活電池，只需要手機(jī)提示充滿電就已經(jīng)足夠，一般手機(jī)，都會在5小時(shí)內(nèi)提示充滿，完成后如果繼續(xù)接著充電器，過沖過放保護(hù)電路會截?cái)嗍謾C(jī)的充電電流。之后電池就處于不狀態(tài)，和充滿后馬上撥除充電線的效果是一樣的。前三次充電必須達(dá)到12小時(shí)是針對鎳氫充電電池來說的，結(jié)果被很多廠家習(xí)慣性地、無知地寫在鋰電池用戶手冊上，沒文化真可怕。國際大廠，如戴爾，聯(lián)想，華碩，apple的產(chǎn)品上是絕對不會出現(xiàn)“12小時(shí)”這樣的文字的。而且對于鋰電池來說，這是共性，也是原理的一部分，不可能有的廠家生產(chǎn)的需要12小時(shí)，有的廠家的不需要。需要注意的是，如果采用座充，由于絕大部分座充達(dá)不到官方線充的最高電流，充電時(shí)間可能會超過6小時(shí)，但只要充滿電，坐充也會自動(dòng)斷電，和用線充是一樣的。充滿電了就最好馬上撥除充電線，防止過充。過沖過放保護(hù)電路不是吃素的，OK如果發(fā)生過充，多半是因?yàn)檫^沖過放保護(hù)電路損壞，但以現(xiàn)在的電子產(chǎn)品工藝和抗壓能力來說,這概率實(shí)在低到不行，不必提心吊膽。手機(jī)一旦開始提示用戶充電，就一定要馬上充電，或者馬上關(guān)機(jī)，避免過放。過沖過放保護(hù)電路不是吃素的，OK這個(gè)電路會在必要的時(shí)候（也就是過放之前）強(qiáng)制關(guān)機(jī)，不會損壞電池的。手機(jī)的提示是為了讓用戶提前知道，以提前做好處理或者心理準(zhǔn)備。需要注意的是，如果手機(jī)已經(jīng)自動(dòng)關(guān)機(jī)就千萬不能為了打個(gè)電話而強(qiáng)行開機(jī)了，因?yàn)楹苡锌赡茉斐蛇^放，而且由于保護(hù)的存在，開機(jī)未完成前多半會被過沖過放保護(hù)電路強(qiáng)行斷電。三、正確地使用1新出廠的電池：無需任何處理，如激活等，可直接投入正常使用。2閑置不長時(shí)間的電池（三個(gè)月內(nèi)）：無需任何處理（如激活等），可直接投入正常使用。3置較長時(shí)間的電池（三個(gè)月以上）：可做激活處理，使得電池活性達(dá)到最高，也可不做，使其隨著正常使用自然恢復(fù)到最高活性。4子產(chǎn)品的評測人員，為了保證對電池續(xù)航時(shí)間的正確統(tǒng)計(jì)，有必要在測試前進(jìn)行激活處理。5鋰電池正常充電方法：隨時(shí)充電，并可隨時(shí)停止充電，不要有所顧忌。這點(diǎn)是鋰電池的重要優(yōu)點(diǎn)----無記憶效應(yīng)決定的，請正視這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，并讓您的鋰電盡量展現(xiàn)它的這個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。四、中的鋰電池最怕什么1100℃以上高溫會嚴(yán)重影響電池壽命和儲電能力，并可能成造成電池熔化，或爆炸。所以，請讓鋰電池遠(yuǎn)離火源及其它熱源。25℃到100℃高溫是的，你沒有看錯(cuò)，從35℃開始（人體溫一般為36.2℃-37.2℃）電池壽命就開始被溫度明顯影響，溫度越高，影響越大。鋰電池的設(shè)計(jì)壽命最少也有400次完全充放電，按手機(jī)平均每三天充一次電來算，一塊電池應(yīng)該至少能用三年半。但絕大多數(shù)電池都沒有能活那么久，很大部分的原因是因?yàn)殡姵乇蝗说捏w溫影響，另一部分原因是因?yàn)楸皇謾C(jī)其它芯片發(fā)熱所影響。為什么筆記本電腦的電池為怎么總感覺沒有手機(jī)的耐用，那是因?yàn)椋浩湟弧⒐P記本電腦發(fā)熱比手機(jī)多的多，電腦芯片的熱量很容易傳導(dǎo)到電池上，超過40℃輕輕松。其二、為了更快的充電，筆記本充電電流一般較高，電池容量大，充電放電電池本身也會發(fā)熱。其三、電池一般位于下面板處，更不容易散熱。再，如果您的設(shè)備在使用中會產(chǎn)生更大的熱量，如手機(jī)長時(shí)間打電話，手機(jī)玩大型游戲，筆記本電腦玩游戲，并且這個(gè)熱量會傳導(dǎo)到電池上，加上充電時(shí)電池本身的發(fā)熱，雖然不會產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，但也會影響到電池。所以如果，發(fā)現(xiàn)充電使用中的設(shè)備發(fā)熱明顯（如iphone手機(jī)邊充電邊玩3D游戲），則可以考慮先等充滿電了，再連著充電線玩。3-40℃低溫以下會到達(dá)冰點(diǎn)徹底凍壞。410℃到-40℃低溫會降低電池續(xù)航能力，但不會對電池造成永久傷害，只要溫度回到室