锂电池隔膜结构特性和隔膜理化性质解析

来源：3499拉斯维加斯  日期：2019-05-10 13:38  浏览量：次

　　锂电池隔膜结构特性和隔膜理化性质解析。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜采用塑料膜制成，可隔离电池正负极，以防止出现短路；还可以在电池过热时，通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。性能优异的隔膜对提高锂电池的综合性能具有重要的作用。

　　锂电池隔膜的结构特性

　　◆厚度。锂电池隔膜的厚度一般≤25μm。在保证一定的机械强度的前提下，隔膜的厚度越薄越好。现在，新型的高能电池大都采用膜厚20μm或16μm的单层隔膜。

　　◆孔径和分布。作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，容许吸纳电解液；为了保证电池中一致的电极/电解液界面性质和均一的电流密度，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径的大小与分布的均一性对锂电池性能有直接的影响：孔径太大，容易使正负极直接接触或易被锂枝晶刺穿而造成短路；孔径太小则会增大电阻。微孔分布不匀，工作时会形成局部电流过大，影响电池的性能。

　　◆孔隙率。透过性可用在一定时间和压力下通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。孔隙率对膜的透过性和电解液的容纳量非常重要。大多数商用锂离子电池隔膜的孔隙率在40％-50％之间。

　　◆透过性。一定条件下一定量空气通过隔膜所需要的时间，称作Gurly值。锂电池隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。

　　◆热稳定性:隔膜需要在锂电池使用的温度范围内（-20℃~60℃）保持热稳定。一般来说目前隔膜使用的PE或PP材料均可以满足上述要求。当然还有一个就是由于电解液对水份敏感，大多数厂家会在注液前进行80C左右的烘烤，这对PP/PE隔膜也不会存在太大的问题。

　　◆一致性:由于制备工艺的不同，锂电池隔膜一致性可能差别较大。一致性包括闭合温度等自身特性，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。

　　锂电池隔膜理化性质

　　1.润湿性和润湿速度。隔膜的润湿性不好会增加隔膜和锂电池的电阻，影响锂电池的循环性能和充放电效率。隔膜的润湿速度是指电解液进入隔膜微孔的快慢，它与隔膜的表面能、孔径、孔隙率、曲折度等特性有关。

　　2.隔膜的吸液率。由于锂电池隔膜材料兼具电解质的功能，所以必须具备下列条件：足够的吸液率以保证离子通道畅通无阻，而且在电池体系中，不可避免的会有大量的副反应发生，消耗大量的电解液，所以必须有足够的贮备，否则就会由于电解液的缺少引起界面电阻的增加，同时还会加速电解液的消耗，这将是恶性的循环，所以吸液率是个很重要的隔膜参数。

　　3.化学稳定性。隔膜在电解液中应当保持长期的稳定性，在强氧化和强还原的条件下，不与电解液和电极物质发应。隔膜的化学稳定性是通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率来评价的。

　　4.热稳定性。锂电池在充放电过程中会释放热量，尤其在短路或过充电的时候，会有大量热量放出。因此，当温度升高的时候，隔膜应当保持原来的完整性和一定的机械强度，继续起到正负电极的隔离作用，防止短路的发生。

　　5.隔膜的电阻。隔膜的电阻率实际上是微孔中电解液的电阻率，它与很多因素有关，如孔隙度、孔的曲折度、电解液的电导率、膜厚和电解液对隔膜材料的润湿程度等。测试隔膜电阻更常用的是交流阻抗法，由于薄膜很薄，往往存在疵点而使测量结果的误差增大，因此经常采用多层试样，再取测量的平均值。

　　6.自闭性能。在一定的温度以上时，锂电池内的组分将发生放热反应而导致“自热”，另外由于充电器失灵、安全电流失灵等将导致过度充电或者电池外部短路时，这些情况都会产生大量的热量。由于聚烯烃材料的热塑性质，当温度接近聚合物熔点时，多孔的离子传导的聚合物膜会变成无孔的绝缘层，微孔闭合而产生自关闭现象，从而阻断离子的继续传输而形成断路，起到保护电池的作用，因此聚烯烃隔膜能够为电池提供额外的保护。

　　隔膜的主要作用是使锂电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。据了解，隔膜的优异与否直接影响锂电池的容量、循环能力以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。