科普 | 锂电池隔膜简单介绍
数据来源: 锂电观察
发布时间:2023-12-21

在锂电池的结构中,电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料,是电池中非常关键的部分,对电池安全性和成本有直接影响,其主要作用是:隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过,让电解液中的离子在正负极之间自由通过。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。根据物理、化学特性的差异,锂离子电池隔膜可以分为:织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。虽然类型繁多,至今商品化锂离子电池隔膜材料重要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点,因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂离子电池研究开发初期便被用作锂离子电池隔膜。

一、对安全性的影响

厚一些的隔膜在锂离子电池受到外物冲击的时候,能够更好的保障内部的正负极的隔离,所以厚一些的隔膜同时意味着更好的安全性。

由于锂离子电池在持续的使用过程中温度会升高,所以隔膜一般有能够供应一个热关闭的附加功能。当锂离子电池包内内阻提高三个数量级时,隔膜的热关闭功能将会开始用途。

二、对电压的影响

隔膜厚度较薄,离子迁移的通道较短,极化现象就会有一定消弱,锂离子电池的低温电压平台相对就会较高。隔膜孔洞过大会加快锂离子电池的自放电过程,从而降低电池的电压一致性。

三、对内阻的影响

隔膜的透气率和装配其的锂离子电池的内阻成正比,即隔膜的透气率越高,锂离子电池的内阻就会越大。

隔膜能否被锂离子电池所用的电解液完全浸润也会影响电池的内阻。电解液的浸润度与隔膜材料本身有关也与其内部的微观结构相关。

锂电池隔膜是多方面影响锂电池性能的四大关键材料之一,对锂电池的能量密度、循环性能、倍率性能、内阻等关键性能指标,以及耐高温、阻燃、自关断、电化学稳定性等安全性表现,起到直接决定和综合影响的作用。假如隔膜的透气性高,膜的表面密度会降低,这对电池的性能会有一定的影响。

电池隔膜的质量控制指标主要有:透气度测试、厚度测试、物理机械性(拉伸强度、断裂伸长率、穿刺强度等)、热收缩性能测试,除此之外还有针对电池包装的水蒸气透过量测试、电池产品整体的密封性等。

在同样大小的电池中,隔膜厚度越厚,能卷绕的层数就越少,相应容量也就会降低;但是另一方面,较厚的产品,抵抗穿刺的性能会稍高,安全性会高一些,同时同样孔隙率的情况下,越厚的产品,其透气率会稍差,使得电池的内阻会高一点。

锂电池隔膜的厚度是多少

对于消耗型锂电池(手机、笔记本电脑、数码相机中使用的电池),25微米的隔膜逐渐成为标准。然而,由于人们对便携式产品的使用的日益增长,更薄的隔膜,比如说20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜开始大范围的应用。总体来讲隔膜的厚度直接影响锂电池的安全性、容量和内阻等指标,对于动力电池来说,由于装配过程的机械要求,往往需要更厚的隔膜,当然对于动力用的大电池,安全性也是非常重要的,而厚一些的隔膜往往同时意味着更好的安全性。目前常用的隔膜厚度一般为9~32um。

锂电池隔膜的厚度是否均匀是检测其各项性能的基础,运用机械接触式的方法进行测量。一般必须控制在1um以内。厚度不均匀,会影响到透气率、拉伸强度等性能,对厚度实施控制也是确保质量与控制成本的重要手段。

拉伸强度和断裂伸长率反映隔膜的拉伸机械强度,能够有效解决电池隔膜因机械强度不够,在使用过程中受到外力作用时,导致隔膜破损与断裂问题,从而影响实际使用效果。

抗穿刺强度影响电池的短路率与安全性能,能够有效表征电池隔膜在装配过程中发生短路的趋势。电池隔膜会直接接触有硬表面的正极和负极,而且当电池内部形成枝晶时,隔离膜易被枝晶穿破而引起电池微短路,因此隔离膜的抗抗穿刺强度必须达到使用要求。

目前中材锂膜拥有国际先进的湿法隔膜制造装备以及领先的技术研发能力,具备4-14μm兼顾同步和异步工艺定制基膜研发和产业化能力,在行业内率先开发和批量应用7μm产品;具备应用于不同电池技术路线和应用场景的多工艺涂覆产品系列开发和产业化能力,处于行业领先水平。

天鸿新材料牵手合肥工业大学等高校院所,大举向这一领域进军,并成功攻克了锂电池隔膜生产核心技术——干法单拉技术,厚度也达到9μm。在填补这项技术国内空白的同时,也打破了该类锂电池隔膜产品的进口依赖。而是2021年,天鸿新材料的高性能锂电池隔膜产业化关键技术研究项目被授予全省科技进步奖一等奖。

中国隔膜未来发展的方向——根据客户需求,定制开发系列化产品,适应高安全性、高能量密度、高功率、长寿命等锂电池技术发展方向,助力国家早日实现碳达峰、碳中和目标。

免责声明:本网站内容来自作者投稿或互联网转载,目的在于传递更多信息,不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性。文章内容及配图如有侵权或对文章观点有异议,请联系我们处理。如转载本网站文章,务必保留本网注明的稿件来源,并自行承担法律责任。联系电话:0535-6792766