鋰離子電池隔膜的效能要求

鋰離子電池由正、負極材料、電解液、隔膜以及電池外殼組成。隔膜作為電池的「第三極」，是鋰離子電池中的關鍵內層元件之一。隔膜吸收電解液後，可隔離正、負極，以防止短路，同時允許鋰離子的傳導。

在過度充電或者溫度公升高時，隔膜通過閉孔來阻隔電流傳導，防止**。隔膜效能的優勢決定電池的介面結構和內阻，進而影響電池的容量、迴圈效能，充放電電流密度等關鍵特性，效能優異的隔膜對提高電池及動力電池的綜合性能有重要作用。

鋰離子電池隔膜生產材料目前還是以聚烯烴為首選，聚烯烴材料具有強度高、防火、耐化學試劑、耐酸鹼腐蝕性好、生物相容性好、無毒等優點，在眾多領域得到了廣泛的應用。聚烯烴化合物可以提供良好的機械效能和化學穩定性，具有高溫自閉性能，確保鋰離子二次電池在日常使用上的安全性。

鋰離子電池隔膜主要效能要求：

1、厚度均勻性

隔膜的厚度均勻性與所有薄膜生產企業要求是一樣的，是乙個永遠追求的重要的質量指標，它直接影響隔膜卷的外觀質量以致內在效能，是生產過程嚴加控制的質量指標之一。鋰電池使用者對隔膜的分切有其特殊要求，除了有特殊的隔膜分切機、專業培訓的專業分切人員外，與隔膜自身的厚度均勻性關係最為密切。

在自動化程度很高的隔膜生產線上，隔膜厚度都是採用精度很高的**非接觸式測厚儀及快速反饋控制系統進行自動檢測和控制的。隔膜的厚度均勻性包括縱向厚度均勻性和橫向厚度均勻性。其中橫向厚度均勻性尤為重要。

一般均要求控制在+1微公尺以內。「南通天豐」公司厚度現已控制在+0.5微公尺以內。

2、力學效能

隔膜的力學效能是影響其應用的乙個重要因素，如果隔膜破裂，就會發生短路，降低成品率，因此要求隔膜在電池組裝和充放電結構使用過程中，需要自身具有一定的機械強度。隔膜的機械強度可用抗穿刺強度和拉伸強度來衡量。

①拉伸強度：

隔膜的拉伸強度與製膜的工藝相關聯。採用單軸拉伸，膜在拉伸方向上與垂直方向強度不同；而採用雙軸拉伸時，隔膜在兩個方向上一致性會相近。一般拉伸強度主要是指縱向強度要達到100mp以上，橫向強度不能太大，過大會導致橫向收縮率增大，這種收縮會加大鋰電池廠家正、負極接觸的機率。

②抗穿刺強度：

抗穿刺強度是指施加在給定針形物上用來戳穿隔膜樣本的質量，用它來表徵隔膜在裝配過程中發生短路的趨勢。因隔膜是被夾在凹凸不平的正、負極片間，需要承受很大的壓力。為了防止短路，所以隔膜必須具備一定的抗穿刺強度。

經驗上，抗穿刺強度值在11.8kg/mm。

3、透過效能

透過效能可用在一定時間和壓力下，通過隔膜氣體的量的多少來表徵，主要反映了鋰離子透過隔膜的通暢性。隔膜透過性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔的形狀及孔曲折度等隔膜內部孔結構綜合因素影響的結果。

作為鋰電池隔膜材料，本身具有微孔結構，微孔在整個隔膜材料中的分布應當均勻。孔徑一般在0.03-0.12um。孔徑太小增加電阻，孔徑太大易使正負極接觸或被枝晶刺穿短路。

隔膜廠家現在基本以透氣度、孔隙度指標來衡量透氣性。透氣率是指特定的空氣在特定的壓力下通過特定面積隔膜所需要的時間，用gurley值來表示。根據隔膜厚度，一般在200-500s。

孔隙率是單體膜的體積中孔的體積百分率，它與原料樹脂及膜的密度有關。現有鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%-50%之間。

4、理化效能

①潤濕性和潤濕速度

較好的潤濕性有利於提高隔膜與電解液的親和性，擴大隔膜與電解液的接觸面，從而增加離子導電性，提高電池的充放電效能和容量。

隔膜對電解液的潤濕性可通過測定其吸液率和持液率來衡量。

②化學穩定性

隔膜在電解液中應當保持長久的穩定性，不與電解液和電極物質反應。其化學穩定性是通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價的。

③熱穩定性

電池在充放電過程中會釋放熱量，尤其在短路或過充電的時候，會有大量熱量放出。因此，當溫度公升高的時候，隔膜應當保持原有的完整性和一定的力學效能，發揮隔離正、負極、防止短路的作用。

④安全保護效能

隨著鋰電池應用範圍的逐漸擴大，尤其是動力電池領域，鋰離子電池的安全性成為鋰電池廠家的最為重視的環節。作為鋰電池最為關鍵的核心材料，對隔膜也提出了更高的要求。

目前鋰電池用隔膜一般都能夠提供乙個附加的功能，就是熱關閉。這一特性可以為鋰離子電池提供乙個額外的安全保護。該功能主要引數為閉孔溫度和破膜溫度。

閉孔溫度是微孔閉合時的溫度，即為閉合溫度。指電池內部發生放熱反應自熱、過充或者電池外部短路時，這些情況都會產生大量的熱量。由於聚烯烴材料的熱塑性，當溫度接近聚合物熔點時，微孔閉合形成熱關閉，從而阻斷離子的繼續傳輸而形成斷路，起到保護電池的作用。

一般pe為130-140℃，pp為150℃。

破膜溫度是指電池內部自熱，外部短路使電池內部溫度公升高，超過閉合溫度後微孔閉塞阻斷電流通過，熱熔效能溫度進一步上公升，造成隔膜破裂、電池短路。破裂時的溫度即為破膜溫度。

因此，鋰電池廠家都希望隔膜有較低的閉孔溫度和較高的破裂溫度。

閉孔溫度和破膜溫度均與隔膜材料的種類有很大關係。任何單層的隔膜將難以滿足鋰離子電池對隔膜的安全性的要求。「南通天豐」公司為了滿足鋰電池廠家的這種要求，開發了pe、pp多層隔膜。

融合了pe的低溫閉合和pp的高溫破膜溫度兩種特性。同時公司與「南京大學」共同研發的在隔膜塗覆安全物質的新型隔膜產品也將在不久投放市場，為鋰電池廠家尤其是動力電池廠家提供了新的可靠的安全保障。

雖然鋰電池隔膜有熱關閉的輔助作用，但絕不能將鋰電池的安全性全寄託在這層薄薄的膜上，隔膜在碰到穿刺破壞、超高溫度衝擊及電池結構破壞下是起不到保護作用的，鋰電池的安全性還是要靠改善正、負極材料和電解液的穩定性、電池組件的控制來全面提公升。

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