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隔膜对锂电池有什么作用及影响

来源:锂电池 | 作者:友创伟业 | 发布时间: 2020-09-15 | 96 次浏览 | 分享到:
隔膜是锂电池的结构中最要害的内层组件之一。隔膜的首要效果是将正负极片隔开避免电池短路一起确保充放电时离子的正常经过确保电池的正常作业的效果。其功能的好坏直接影响电池的容量、倍率、寿数以及安全等功能。详细是如何影响的呢?
 
锂电池包隔膜的效果
锂电池的首要组成结构为正负极,隔膜,有机电解液和电池外壳。在这些结构之中,隔膜是要害的内层组件之一。
 
隔膜首要起两个效果。第一个效果是作为绝缘层,绝缘层的存在能有用的避免因正负电极相触摸而导致的锂电池内部的短路。
 
第二个效果是作为半透层,半透层可以阻挠体积较大的分子经过,答应小体积的带电离子经过,这样可以进步正负电极邻近的浓度差,有利于离子的扩散,然后进步锂电池的存储效率。
 
隔膜除了对锂电池内部的化学反响有用途,关于外部的物理反响也有用途。比如说当锂电池遭到外部硬物的揉捏,穿刺时,相当于为锂电池多上了一层稳妥。通常状况下能保障锂电池包遭到外物冲击时仅仅会胀气而不是直接发生爆炸。

锂电池隔膜

隔膜对锂电池的影响
 
对电压的影响
隔膜厚度较薄,离子迁移的通道较短,极化现象就会有必定消弱,锂电池的低温电压渠道相对就会较高。隔膜孔洞过大会加速锂电池的自放电进程,然后下降电池的电压一致性。

对安全性的影响
厚一些的隔膜在锂电池遭到外物冲击的时分,可以更好的保障内部的正负极的隔离,所以厚一些的隔膜一起意味着更好的安全性。
由于锂电池在持续的使用进程中温度会升高,所以隔膜一般有可以提供一个热关闭的附加功用。当锂电池包内内阻进步三个数量级时,隔膜的热关闭功用将会开始效果。

对内阻的影响
隔膜的透气率和安装其的锂电池的内阻成正比,即隔膜的透气率越高,锂电池的内阻就会越大。
隔膜能否被锂电池所用的电解液彻底滋润也会影响电池的内阻。电解液的滋润度与隔膜资料本身有关也与其内部的微观结构相关。
 
表1:一部分隔膜功能与电池功能的相关性比较
 
隔膜对锂电池的效果及影响

厚度
厚度与内阻有关,越薄内阻越小,然后完成大功率充放电。在必定的机械强度下尽可能小,越厚穿刺强度越好。关于消耗型锂离子电池,一般将25μm作为隔膜厚度的标准。可是便携式产品的需求日益增长的形式下,16μm乃至更薄的隔膜开始大范围应用。关于动力电池来说,安装进程中的机械要求,使得所需隔膜更厚一些,而且关于动力电池来说安全功能非常重要,而厚一些的隔膜意味着更好的安全性。
 
隔膜厚度的均匀性是一个特别重要的质量指标,它直接影响隔膜卷的外观质量致使内涵功能,出产进程中有必要严格把控。在自动化程度很高的隔膜出产线上,隔膜厚度都是采用精度很高的在线非触摸式测厚仪及快速反馈操控系统进行自动检测和操控的。隔膜的厚度均匀性包含纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性,其中横向厚度均匀性尤为重要,一般均要求操控在±1微米以内。
 
孔径
锂电池隔膜资料本身具有微孔结构,微孔在整个隔膜资料中的分布应当均匀。目前所使用的电极颗粒一般在10微米的量级,孔径一般在0.03-0.12um。孔径太小会增加电阻,孔径太大简单使正负极触摸或被枝晶刺穿短路。一般来说,亚微米孔径的隔膜足以阻挠电极颗粒的直接经过,当然也不扫除有些电极外表处理不好,粉尘较多导致的一些诸如微短路等状况。
 
孔隙率
孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率,它与质料树脂及膜的密度有关。孔隙率的巨细和内阻有必定的联系,但不同种隔膜之间的空隙率的绝对值无法直接比较。现有锂离子电池隔膜的孔隙率在40%-50%之间。
 
透气阻力
理论上来说,隔膜不是电池的必要组成部分,是未来满意工业化出产才加入的,所以隔膜需求满意一个很重要的功能:不能恶化电池的电化学功能,首要体现在内阻上。用两个参数点评这一功能:
 
MacMullin数:含电解液的隔膜的电阻率和电解液本身的电阻率之间的比值。此数值越小越好,消耗型锂离子电池的这个数值为8左右。
 
Gurley数:必定体积的气体,在必定压力条件下经过必定面积的隔膜所需求的时间。与隔膜安装的电池的内阻成正比,即该数值越大内阻越大。不过单纯比较两种不同隔膜的Gurley数是没有意义的,由于它们的微观结构可能彻底不一样,可是同一种隔膜的Gurley数的巨细可以很好的反响内阻的巨细。
 
温度
闭孔温度:电池内部发生放热反响自热、过充或者电池外部短路时,将会发生大量的热量,构成微孔闭合,然后阻断离子的持续传输而构成断路,起到保护电池的效果,微孔闭合时的温度便是闭孔温度。但关于小电池,热关闭机制所起的效果很有限。一般PE为130-140℃,PP为150℃。闭孔温度低一些比较好。
 
破膜温度是指电池内部自热,外部短路使电池内部温度升高,超过闭合温度后微孔阻塞阻断电流经过,热熔功能温度进一步上升,构成隔膜决裂、电池短路。决裂时的温度即为破膜温度。破膜温度高一些比较好。
 
穿刺强度
在必定的速度(每分钟3-5米)下,让一个没有锐边际的直径为1mm的针刺向环状固定的隔膜,为穿透隔膜所施加在针上的最大力就称为穿刺强度。满足的穿刺强度可以避免锂枝晶、极片毛刺刺穿隔膜构成短路,抗穿刺强度值一般在300-500g。可是测验的时分所用的方法和实际电池中的状况有很大的不同,直接比较两种隔膜的穿刺强度不是特别合理。
 
机械强度
机械强度首要是指隔膜的拉伸强度,满足的拉伸强度可以避免隔膜变形。隔膜的拉伸强度与制膜的工艺有关。采用单轴拉伸,隔膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同;而采用双轴拉伸时,隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度首要是指纵向强度要达到100MP以上,横向强度不能太大,过大会导致横向缩短率增大,这种缩短会加大锂电池厂家正、负极触摸的几率。
 
滋润性
为了确保电池的内阻不是太大,要求隔膜是可以被电池所用电解液彻底滋润。滋润度一方面跟隔膜资料本身相关,另一方面个隔膜的外表及内部微观结构密切相关。较好的滋润性有利于进步隔膜与电解液的亲和性,扩大隔膜与电解液的触摸面,然后增加离子导电性,进步电池的充放电功能和容量。滋润性可经过测定其吸液率和持液率来衡量。
 
一致性
由于制备工艺的不同,隔膜一致性可能不同较大。一致性包含闭合温度等本身特性,以及电镜下观察孔洞的一致性和厚度的一致性等表观一致性。隔膜的一致性越高对其他方面的功能都有好处。
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