鋰離子電池隔膜的性能要求

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(guān)鍵內(nèi)層組件之一。隔膜吸收電解液后，可隔離正、負極，以防止短路，同時允許鋰離子的傳導(dǎo)。在過度充電或者溫度升高時，隔膜通過閉孔來阻隔電流傳導(dǎo)，防止爆炸。隔膜性能的優(yōu)勢決定電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻，進而影響電池的容量、循環(huán)性能，充放電電流密度等關(guān)鍵特性。性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能起著有重要的作用。

鋰離子電池隔膜生產(chǎn)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(xué)試劑、耐酸堿腐蝕性好、生物相容性好、無毒等優(yōu)點，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。聚烯烴化合物可以提供良好的機械性能和化學(xué)穩(wěn)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。

1、厚度均勻性

隔膜的厚度均勻性與所有薄膜生產(chǎn)企業(yè)要求是一樣的，是一個永遠追求的重要的質(zhì)量指標(biāo)，它直接影響隔膜卷的外觀質(zhì)量以致內(nèi)在性能，是生產(chǎn)過程嚴(yán)加控制的質(zhì)量指標(biāo)之一。鋰電池用戶對隔膜的分切有其特殊的要求，除了有特殊的隔膜分切機、專業(yè)培訓(xùn)的專業(yè)分切人員外，與隔膜自身的厚度均勻性關(guān)系最為密切。

在自動化程度很高的隔膜生產(chǎn)線上，隔膜厚度都是采用精度很高的在線非接觸式測厚儀及快速反饋控制系統(tǒng)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微米以內(nèi)。“南通天豐”公司厚度現(xiàn)已控制在+0.5微米以內(nèi)。

2、力學(xué)性能

隔膜的力學(xué)性能是影響其應(yīng)用的一個重要因素，如果隔膜破裂，就會發(fā)生短路，降低成品率，因此要求隔膜在電池組裝和充放電結(jié)構(gòu)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。

拉伸強理，隔膜的拉伸強度與制膜的工藝相關(guān)聯(lián)。采用單軸拉伸，膜在拉伸方向上與垂直方向強度不同；而采用雙軸拉伸時，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(dǎo)致橫向收縮率增大，這種收縮會加大鋰電池廠家正、負極接觸的幾率。

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(zhì)量，用它來表示隔膜在裝配過程中發(fā)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?？勾┐虖姸戎狄话阍?00-500g。

3、透過性能

透過性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征，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(nèi)部孔結(jié)構(gòu)綜合因素影響的結(jié)果。

作為鋰電池隔膜材料，本身具有微孔結(jié)構(gòu)，微孔在整個隔膜材料中的分布應(yīng)當(dāng)均勻。

孔徑一般在0.03-0.12um?？讖教≡黾与娮?，孔徑太大易使正負極接觸或被枝晶刺穿短路。

隔膜廠家現(xiàn)在基本以透氣度、孔隙度指標(biāo)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(jù)隔膜厚度，一般在300-700s/100ml?？紫堵适菃误w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(guān)?，F(xiàn)有鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%-50%之間。

4、理化性能

潤濕性和潤濕速度：較好的潤濕性有利于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(dǎo)電性，提高電池的充放電性能和容量。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。

魔學(xué)穩(wěn)定性：隔膜在電解液中應(yīng)當(dāng)保持長久的穩(wěn)定性，不與電解液和電極物質(zhì)反應(yīng)。

其化學(xué)穩(wěn)定性是通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價的。

熱穩(wěn)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(dāng)溫度升高的時候，隔膜應(yīng)當(dāng)保持原有的完整性和一定的力學(xué)性能，發(fā)揮隔離正、負極、防止短路的作用。

安全保護性能：隨著鋰電池應(yīng)用范圍的逐漸擴大，尤其是動力電池領(lǐng)域，鋰離子電池的安全性成為鋰電池廠家的最為重視的環(huán)節(jié)。作為鋰電池最為關(guān)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一個附加的功能，就是熱關(guān)閉。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護。該功能主要參數(shù)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(nèi)部發(fā)生放熱反應(yīng)自熱、過充或者電池外部短路時，這些情況都會產(chǎn)生大量的熱量。由于聚烯烴材料的熱塑性，當(dāng)溫度接近聚合物熔點時，微孔閉合形成熱關(guān)閉，從而阻斷離子的繼續(xù)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(nèi)部自熱，外部短路使電池內(nèi)部溫度升高，超過閉合溫度后微孔閉塞阻斷電流通過，熱熔性能溫度進一步上升，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(guān)系。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。為了滿足鋰電池廠家的這種要求，南通天豐開發(fā)出了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。

在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，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，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

鋰電池隔膜的要求：

（1）具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離；

（2）有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對鋰離子有很好的透過性；

（3）由于電解質(zhì)的溶劑為強極性的有機化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性；

（4）對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力；

（5）具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡可能小；

（6）空間穩(wěn)定性和平整性好；

（7）熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷保護性能好。動力電池對隔膜的要求更高，通常采用復(fù)合膜。