鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎

來源：存能電氣  日期：2019-06-11 16:59  瀏覽量：次

　　鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎？現(xiàn)代電動(dòng)汽車的迅速崛起對電池能量密度提出了越來越高的要求，現(xiàn)在商用的鋰離子電池已達(dá)不到一些電子設(shè)備的應(yīng)用要求，而近幾年研究日臻火熱的鋰硫電池具有高能量密度，其理論能量密度達(dá)到2600Wh·kg-1，是商用鋰電池的5倍，符合電動(dòng)汽車對電池的要求，也符合電子便攜設(shè)備對電池“輕、小、薄”的要求。那么鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎？它們之間有什么相似之處和不同之處呢？

　　鋰硫電池隔膜

　　典型的鋰硫電池一般采用單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰片作為負(fù)極，它的反應(yīng)機(jī)理不同于鋰電池的離子脫嵌機(jī)理，而是電化學(xué)機(jī)理。

　　鋰硫電池以硫?yàn)檎龢O反應(yīng)物質(zhì)，以鋰為負(fù)極。放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極反應(yīng)為硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成硫化物，正極和負(fù)極反應(yīng)的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行，即為充電過程。根據(jù)單位質(zhì)量的單質(zhì)硫完全變?yōu)镾2-所能提供的電量可得出硫的理論放電質(zhì)量比容量為1675mAh/g，同理可得出單質(zhì)鋰的理論放電質(zhì)量比容量為3860mAh/g。鋰硫電池的理論放電電壓為2.287V，當(dāng)硫與鋰完全反應(yīng)生成硫化鋰(Li2S)時(shí)。相應(yīng)鋰硫電池的理論放電質(zhì)量比能量為2600Wh/kg。

　　近日，南京大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了以HKUST-1納米粒子為裝配單元，以PVDF-HFP為粘結(jié)劑，設(shè)計(jì)制備了具有良好柔韌性的金屬有機(jī)骨架膜(MOF@PVDF-HFP)。所制備的MOF@PVDFHFP電池隔膜顯示出良好的柔韌性，并且可以被認(rèn)為是有效地限制陰極側(cè)中的多硫化物中間體的良好物理屏障。同時(shí)，即使在超高電流密度(10mAcm-2)下，MOF@PVDF-HFP隔膜也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰沉積/剝離。在Li-S紐扣電池中引入MOF@PVDF-HFP隔膜后，實(shí)現(xiàn)了超長循環(huán)壽命，具有超低的容量衰減率。更重要的是，由MOF@PVDF-HFP隔膜組裝的具有高硫負(fù)載量的柔性Li-S軟包電池在不同的彎曲形狀下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，進(jìn)一步說明了MOF@PVDF-HFP膜在實(shí)際應(yīng)用中的潛在可能性。

　　鋰電池隔膜

　　鋰電池隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，其物理化學(xué)性質(zhì)對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機(jī)溶劑體系，因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

　　主要的鋰電池隔膜材料產(chǎn)品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等，其中前兩類產(chǎn)品主要用于3C小電池領(lǐng)域，后幾類產(chǎn)品主要用于動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域。在動(dòng)力鋰電池用隔膜材料產(chǎn)品中，雙層PP/PP隔膜材料主要由中國企業(yè)生產(chǎn)，在中國大陸使用，這主要是因?yàn)槟壳半A段還沒有中國企業(yè)能將PP與PE制成雙層復(fù)合膜的技術(shù)和能力。而全球汽車動(dòng)力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產(chǎn)品為主。

　　鋰電池隔膜材料作用有哪些？

　　一、給電池提供安全保障

　　隔膜材料首先必須具備良好的絕緣性，以防止正負(fù)極接觸短路或是被毛刺、顆粒、枝晶刺穿而出現(xiàn)的短路，因此，隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺強(qiáng)度，不易撕裂，并在突發(fā)的高溫條件下基本保持尺寸的穩(wěn)定，不會(huì)熔縮導(dǎo)致電池的大面積短路和熱失控。

　　二、鋰電池提供實(shí)現(xiàn)充放電功能、倍率性能的微孔通道

　　因此，隔膜必須是具有較高孔隙率而且微孔分布均勻的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制約著電池中鋰離子的遷移，體現(xiàn)在性能參數(shù)上就是離子電導(dǎo)率。

　　作為鋰電池的關(guān)鍵材料，電池隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負(fù)極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時(shí)，隔膜對于保障鋰電池的安全運(yùn)行也起至關(guān)重要的作用。性能優(yōu)異的隔膜對提高鋰電池的綜合性能具有重要的作用。預(yù)計(jì)鋰電池隔膜行業(yè)至2020年將繼續(xù)保持30%左右復(fù)合增速。