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越来越薄,锂离子电池隔膜技术进展到哪里了?

越来越薄,锂离子电池隔膜技术进展到哪里了?

越来越薄,锂离子电池隔膜技术进展到哪里了?

作为锂离子电池四大主材之一的隔膜,它的存在直接影响着电池的安全性,它的孔隙率、厚度、吸液性、静电值直接影响着电池的电性能。而随着锂离子电池能量密度的逐年提升,非活性物质的量也是越来越少,隔膜也越来越薄,这将给锂离子电池的安全性带来极大的挑战,下面就从几个方面来简单看一下目前隔膜的研究进展。

 

上图中可以看出,隔膜的各个性能指标是相互制约,相互影响的,所有隔膜厂家都在找其中的最优的组合,并不存在所有指标都最优的隔膜,所以需要在电性能、安全性能以及规模化生产的综合评判指标中找出平衡点。由于传统的隔膜越做越薄,因此需要在隔膜上涂胶或者图陶瓷来满足热稳定性以及抗拉强度的需要。

同的涂层具有与不同的作用,目前来说涂陶瓷的隔膜已经稳定的并且量产了,但目前仍然存在着过不了短路测试,陶瓷颗粒脱落带来的自放电问题、电池卷绕时引起的抽芯、掉粉问题的存在,需要进一步的对陶瓷涂层进行改善和研究,同时为了提升电性能,涂胶以及其涂层的隔膜也在进一步研究之中。

 

通过对陶瓷隔膜的性能测试表明,陶瓷涂层显著改善了隔膜的吸液性和保液性,因而表现出良好的循环性能。

 

单纯的隔膜加热实验也表明,陶瓷层的存在显著改善了隔膜的热收缩性能,在150℃是无明显收缩,这也给高能量密度电池带来了安全的保障。

对于未来隔膜的发展,也可以从这张趋势图中可以看出,随着技术水平的进步,隔膜也逐渐由微孔向无孔过渡,并终将被固态电解质所取代,下面将介绍几种新型的隔膜。

过热压法制备的三明治结构的无纺布复合隔膜,显著改善了陶瓷层的脱落、改善电池的自放电等性能。

过静电纺丝法制备的PI纳米纤维膜,不近改善了隔膜本身的机械强度,也在吸收电解液以及离子电导率方面也有了显著改善。

三明治结构的PI-PVDF-PI纳米纤维隔膜,在160℃是PVDF熔化,堵塞PI的微孔,从而实现了闭孔的功能,显著改善了电池的安全性能。

专家组的所公布的技术路线图来看,也和目前的技术发展是匹配的,高安全性、高稳定性的隔膜将是未来七八年的研究热点。

锂电隔膜的安全性及功能

隔膜材料首先必须具备良好的绝缘性,以防止正负极接触短路或是被毛刺、颗粒、枝晶刺穿而出现的短路,因此,隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺强度,不易撕裂,并在突发的高温条件下基本保持尺寸的稳定,不会熔缩导致电池的大面积短路和热失控。

此外,隔膜必须是具有较高孔隙率而且微孔分布均匀的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制约着电池中锂离子的迁移,体现在性能参数上就是离子电导率。

 

锂电隔膜的安全性要求

 

随着业界对电池安全性重视程度的不断提升,隔膜安全性也愈发重要,在某些特殊型号电池的应用中对隔膜材料受热收缩比例的要求已经提高到180℃受热60min后收缩小于2%,而国外一些电池企业甚至寻求可以在250~300"C温区尺寸保持稳定的隔膜。


隔膜的厚度在保证安全的前提下当然是越薄越好。对于卷绕电池,隔膜厚度越薄,电池内阻越小,可以留出更多的空间给电极材料,并且能减少极片卷绕过程中的错位。但若只是一味强调厚度变薄,力学性能将受到影响,更容易被大颗粒、极片毛刺和枝晶刺穿,导致电池安全系数降低。而叠片电池的毛刺少,对厚度要求则不高。

随着锂离子电池材料体系、用途、容量、形状的日趋多样化,对隔膜性能及技术指标的要求也逐细化,生产企业对隔膜的理解也更加深入。可是,目前还没有哪一种隔膜在所有技术参数方面都出色。


因此,在给电池选择隔膜时应当有所侧重,衡量要突出哪种性能,是安全性、功率性能还是循寿命?根据电池设计和应用领域不同,隔膜应用的种类也应有所不同。

锂电隔膜性能要求及几种商品膜性能参数

来源:网络 时间:2018-09-17 09:46:19
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