鋰離子電池隔膜的性能要求:1、具有電子絕緣性,保證正負(fù)極的機(jī)械隔離;2、有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率,對鋰離子有很好的透過性;3、耐電解液腐蝕,有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性,這是由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物;4、具有良好的電解液的浸潤性,并且吸液保濕能力強(qiáng);5、力學(xué)穩(wěn)定性高,包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等,但厚度盡可能小。
鋰離子電池隔膜作為鋰離子電池四大重要材料之一,一般是絕緣性較好的材料,供應(yīng)鋰離子在電解液中的遷移通道。隔膜的性能參數(shù)對電池性能影響重大,例如在常用的商用隔膜材料中,材料的厚度直接影響電池內(nèi)阻,孔隙大小和分布將會影響傳輸鋰離子性能等,因此制備高性能隔膜材料關(guān)于電池的性能發(fā)揮和實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。影響鋰離子電池隔膜性能的重要因素包括隔膜化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度、孔隙率大小及潤濕性、安全保護(hù)的自關(guān)閉性能等幾個方面。
⑴力學(xué)強(qiáng)度
隔膜在電池結(jié)構(gòu)及充放電反應(yīng)過程中要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。隔膜的一個重要用途是將正負(fù)極反應(yīng)隔開,假如隔膜皺縮或破裂導(dǎo)致電解液滲透,就會發(fā)生電池短路,具有很大的安全隱患,因此隔膜要有一定的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。鋰離子電池在充電過程中鋰離子被還原生成金屬鋰枝晶,這就要求隔膜材料要有一定的抗穿刺強(qiáng)度。另外,隔膜材料也應(yīng)該具有一定的拉伸強(qiáng)度,鋰離子電池在反應(yīng)過程中會放出或吸收熱量,隔膜會發(fā)生相應(yīng)的漲縮,假如隔膜的拉伸強(qiáng)度不夠,就會造成隔膜破損,也會導(dǎo)致短路發(fā)生。
⑵熱極定性
由于鋰離子電池中電解質(zhì)溶液除了水溶劑,還會采用有機(jī)溶劑和非水電解液,因此隔膜應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能,能夠在電池多次充放電過程中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的完整性與反應(yīng)的穩(wěn)定性。此外,鋰離子電池在充放電反應(yīng)中會放熱,電池在持續(xù)工作時溫度會升高,隔膜的熱穩(wěn)定性能夠保證在電池長時間工作時減少收縮形變量,防止電池皺縮導(dǎo)致的正負(fù)極接觸而導(dǎo)致電池短路。
⑶孔隙分布及孔隙率
隔膜為了保持鋰離子良好的透過能力,材料要具備一定大小的孔隙,并保證低電阻和高離子傳導(dǎo)率。孔隙大小將影響電池內(nèi)阻及電池的安全性??紫短闺x子穿透率減低而增大電池內(nèi)阻,孔隙過大則會導(dǎo)致電池正負(fù)極接觸概率增大易導(dǎo)致短路,起不到隔膜的效果。優(yōu)良的鋰離子電池隔膜應(yīng)保證孔隙大小合適、分布均勻,不然會導(dǎo)致局部電流過大或過小,影響電池性能。
⑷其他性能
此外,隔膜的自關(guān)閉技能在電池安全性方面至關(guān)重要。自關(guān)閉機(jī)理要求隔膜在過載大量放熱,溫度升高過高,接近材料熔點(diǎn)時隔膜結(jié)構(gòu)中孔隙閉合,成功隔絕離子穿梭,停止正負(fù)極反應(yīng)形成斷路,以在過熱情況下防止電池爆炸。隔膜的浸潤性也是評價隔膜性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一,為保證離子的順利傳輸,隔膜要和電解液充分接觸,有良好的浸潤性、與電解液的滲透能力和離子穿透能力。
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