锂离子电池隔膜基础讲述.ppt

锂离子电池隔膜 应用于锂离子电池的聚烯烃隔膜 主要内容 1.隔膜的性质及测试方法。 2.隔膜的制造工艺 3.隔膜的发展及市场情况 1.隔膜应具备的基本性质 使正负极材料避免物理接触,防止短路； 易于润湿,具有良好的保液能力； 具有电解液离子的透过性和低的离子电阻； 具有化学和电化学稳定性； 隔膜尽可能薄； 隔膜保证要有一定的强度，并具有足够的物理机械性能的耐久性； 隔膜不含有电解液能溶解的颗粒和金属及对电池有害的物质。 隔膜作用 将电池的正负极隔离以防止短路 吸附电池中电化学反应进行必须的的电解质溶液,确保有高的离子电导率 保证在电池发生异常时为提高电池的安全性而附加的使电池反应停止的功能 对隔膜的要求： a.有一定的机械强度，保证在电池变形条件下不破裂； b.具有良好的离子透过能力，以降低电池内阻； c.优良的电子绝缘性，以保证电极间有效的隔离； d.具备抗化学及电化学腐蚀的能力，在电解液中稳定性好； e.吸收电解液的能力强； f.成本低，适于大规模工业化生产； g.杂质含量少，性能均匀。 1.1隔膜的结构特性 (1)厚度。锂离子电池隔膜的厚度一般≤25μm。在保证一定的机械强度的前提下，隔膜的厚度越薄越好。现在，新型的高能电池大都采用膜厚 20μm或16μm的单层隔膜；电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)所用电池的隔膜在40μm左右，这是电池大电流放电和高容量的需要，而且隔膜越厚，其机械强度就越好，在组装电池过程中不易短路。 隔膜 Celgard2320 东燃 旭化成 宇部 构造 PP/PE/PP PE PE PP/PE/PP 厚度 25/20/16 20/16 20/16 20 (2)孔径和分布。 作为电池隔膜材料，本身具有微孔结构，容许吸纳电解液；为了保证电池中一致的电极/电解液界面性质和均一的电流密度，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径的大小与分布的均一性对电池性能有直接的影响：孔径太大，容易使正负极直接接触或易被锂枝晶刺穿而造成短路；孔径太小则会增大电阻。微孔分布不匀，工作时会形成局部电流过大，影响电池的性能。 (3)孔隙率。 透过性可用在一定时间和压力下通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。孔隙率对膜的透过性和电解液的容纳量非常重要。大多数商用锂离子电池隔膜的孔隙率在40％- 50％之间。 式中 Wd—微孔膜重量(g)；Ww—浸泡后重量(g)；Wb—正丁醇的质量(g)；ρb—正丁醇的密度(g/cm3)；Vp—干膜体积(cm3) 将已称重的微孔膜（ Wd ）在正丁醇中浸泡2h后取出，用滤纸将其表面的液体轻轻吸干，再进行称重（ Ww ），即可得到微孔膜所吸收正丁醇的质量Wb= Ww- Wd。 (4)透过性。 一定条件下（压力，测定面积）一定量空气通过隔膜所需要的时间，称作Gurly值．隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。 式中：τ-孔的曲折度，Ls-气体或液体实际通过的路程，d-隔膜的厚度 式中：tGur-Gurley值；τ-孔的曲折度；L-膜厚（cm）; ε-孔隙率；d-孔径 用压降仪来测量电池隔膜的透气率 　 隔膜空气渗透性/s 东燃16u 152 东然20u 185 celgard20u 179 celgard25u 231 (5)SEM隔膜的表面形态结构  Celgard 东燃 旭化成 宇部 （6）隔膜的基重 1.截取三条长30cm的隔膜样品。 2.把这三个样品堆积并折叠放在一起。 3.称量并记录下样品的质量（毫克）。 BW(mg/cm2)=重量(mg)/[3×30cm×宽度(cm)] 　 基重（g/m2） 东然-16u 9.0～11.5 东燃-20u 11.0～14.0 Celgard-20u 9.5～12.5 Celgard-25u 11.5～15.5 1.2隔膜的力学性能 (1)抗张强度：隔膜的抗张强度与膜的制作工艺有关。 拉伸强度：MD tension,TD tension 东燃隔膜的抗拉强度要小于celgard，但伸长量要大于celgard。 　 抗拉强度均值/Mpa 伸长率均值/% 东然-16u 132.2 89.64 东燃-20u 141.7 107.96 Celgard-20u 199.6 48.06 Celgard-25u 205.9 77.16 采用单轴拉伸时，膜在拉伸方向与垂直拉伸方向强度不同，而采用双轴拉伸制备的隔膜其强度在两个方向上基本一致。 (2)抗刺穿强度。 抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳