鋰電池隔膜孔徑和鋰離子電池隔膜工藝

來源：存能電氣  日期：2020-05-08 16:35  瀏覽量：次

鋰電池隔膜孔徑和鋰離子電池隔膜工藝。隔膜作為鋰離子電池中重要的一部分，其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。鋰電池隔膜本身具有微孔結(jié)構(gòu)，孔徑大小及其分布的均一性直接影響電池的性能。本篇文章將介紹鋰電池隔膜孔徑和鋰離子電池隔膜工藝。

鋰電池隔膜孔徑

一般來說，隔膜為了阻止電極顆粒的直接接觸，很重要的一點(diǎn)就是防止電極顆粒直接通過隔膜。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級，而所使用的導(dǎo)電添加劑則在10納米的量級，不過很幸運(yùn)的是一般碳黑顆粒傾向于團(tuán)聚形成大顆粒。一般來說，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過，當(dāng)然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多導(dǎo)致的一些諸如微短路等情況。

為了使電池能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行，要求電池中的電流密度均一平穩(wěn)，因此要求隔膜需要有適合的孔徑大小和孔徑分布。若孔徑過小，鋰離子的透過性會受到限制，從而使電池的內(nèi)阻增大，降低了電池的整體性能；若孔徑太大，在增加鋰離子透過性的同時(shí)，也容易受到鋰離子枝晶生長刺穿隔膜的影響，從而導(dǎo)致短路甚至是爆炸等安全問題。隔膜的孔徑應(yīng)該小于電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等其他組分的顆粒粒徑，才能有效防止顆粒阻塞微孔，從而提高鋰電池的安全性能。

鋰離子電池隔膜工藝

目前，鋰離子電池隔膜制備方法主要有濕法和干法。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將液態(tài)烴或小分子物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進(jìn)行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時(shí)間，用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑，制備出相互貫通的微孔膜。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結(jié)晶性聚合物薄膜，經(jīng)過結(jié)晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶面進(jìn)行剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)，可以增加薄膜的孔徑。

目前，國內(nèi)隔膜和使用隔膜的電池廠家常采用掃描電鏡和壓汞儀進(jìn)行表征.掃描電鏡只能看表面的微觀結(jié)構(gòu)，表征的只是孔道端口的孔徑大小，而非真正起到過濾作用的孔吼處(孔道中*窄處)的孔直徑，另外SEM測試，需要通過一定的統(tǒng)計(jì)分布才能算出孔徑分布，而且測試的區(qū)域相當(dāng)小，難以表征材料的宏觀性能.壓汞儀由于使用汞作為測試介質(zhì)，安全性存在一定問題，而且測試需在高壓(400MPa)下進(jìn)行，給微孔結(jié)構(gòu)帶來一定的破壞.因此二者都部不太適合對微孔隔膜的表征。

從產(chǎn)品性能來說，相比干法隔膜，濕法隔膜在力學(xué)性能、透氣性能、理化性能均具有一定優(yōu)勢，通過在基膜上涂布陶瓷氧化鋁、PVDF、芳綸等膠黏劑，能夠大幅提高隔膜的熱穩(wěn)定性、降低高溫收縮率、避免隔膜大幅收縮造成的極片外露，彌補(bǔ)了唯一的熱穩(wěn)定性短板，產(chǎn)品性能已全面領(lǐng)先干法薄膜。

現(xiàn)今鋰離子電池的發(fā)展十分迅速，而隔膜也隨著鋰離子電池的發(fā)展而需求巨大。然而，目前我國鋰離子電池生產(chǎn)所需隔膜主要依靠國外進(jìn)口，國內(nèi)尚無廠家可以生產(chǎn)能達(dá)到性能要求的隔膜，僅有一些科研院校在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究工作。因此急需科研院校、微孔膜生產(chǎn)企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)的共同合作和開發(fā)，以早日實(shí)現(xiàn)鋰離子電池隔膜的國產(chǎn)化。