组别:中级技工

2005-04-26 02:08 |

隔膜的基本要求

电池隔膜最主要的功能是电子绝缘离子导通，即阻止正负电极在电池中的直接的电子接触，但是离子可以自由通过。对于锂离子电池用隔膜，基本要求如下：

看的人多，回的人少，太不给面子了，索性俺也......{f17)

1.厚度:

2.透气率:

3.浸润度:

4.化学稳定性:

5.孔径:

6.穿刺强度:

7.热稳定性:

8.热关闭温度:

9.孔隙率:

1. 厚度

对于消耗型锂离子电池（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。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.

2.透气率:

从学术角度来说，隔膜在电池中是惰性的，即隔膜不是电池的必要组成部分，而仅仅是电池工业化生产的要求。隔膜的存在首先要满足它不能恶化电池的电化学性能，主要表现在内阻上。含电解液的隔膜的电阻率和电解液本身的电阻率之间的比值称为MacMullin数。一般来说，消耗型锂离子电池的这个数值为接近8，当然这个数值越小越好。通常来说，锂离子电池隔膜中会有一个透气率的参数，或者叫Gurley数。这个数是这么定义的，即一定体积的气体，在一定压力条件下通过一定面积的隔膜所需要的时间，气体的体积量一般为50cc，有些公司也会标100cc，最后的结果会差两倍。面积应该是1平方英寸，压力差记不太清楚了。这个数值从一定意义上来讲，和用此隔膜装配的电池的内阻成正比，即该数值越大，则内阻越大。然而，对于不同的隔膜，该数字的直接比较没有任何意义。因为锂离子电池中的内阻和离子传导有关，而透气率和气体传到有关，两种机理是不一样的。换句话说，单纯比较两种不同隔膜的Gurley数是没有意义的，因为可能两种隔膜的微观结构完全不一样；但同一种隔膜的Gurley数的大小能很好的反应出内阻的大小，因为同一种隔膜相对来说微观结构是一样的或可比较的。

3.浸润度:

为了保证电池的内阻不是太大，要求隔膜是能够被电池所用电解液完全浸润。这方面没有一个公认的检测标准。大致可以通过以下试验来判断：取典型电解液（如EC：DMC=1:1，1M LiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴会迅速消失被隔膜吸收，如果是则说明浸润性基本满足要求。更准确的测试可以用超高时间分辨的摄像机记录从液滴接触隔膜

到液滴消失的过程，计算时间，通过时间的长短来比较两种隔膜的浸润度。浸润度一方面个隔膜材料本身相关，另一方面个隔膜的表面及内部微观结构密切相关。

4.化学稳定性:

换句话说就是要求隔膜在电化学反应中是惰性的。经过若干年的工业化检验，一般认为目前隔膜用材料PE或PP是满足化学惰性要求的。

5.孔径:

一般来说，隔膜为了阻止电极颗粒的直接接触，很重要的一点就是防止电极颗粒直接通过隔膜。目前所使用的电极颗粒一般在10微米的量级，而所使用的导电添加剂则在10纳米的量级，不过很幸运的是一般碳黑颗粒倾向于团聚形成大颗粒。一般来说，亚微米孔径的隔膜足以阻止电极颗粒的直接通过，当然也不排除有些电极表面处理不好，粉尘较多导致的一些诸如微短路等情况。

6.穿刺强度:

这个参数实际上是由于电极表面不够平整，以及装配过程中工艺水平有限而提出的一个要求，因此要求隔膜有相当的穿刺强度。穿刺强度的测试有工业标准可遵循，大致是在一定的速度（每分钟3-5米）下，让一个没有锐边缘的直径为1mm的针刺向环状固定的隔膜，为穿透隔膜所施加在针上的最大力就称为穿刺强度。同样的，由于测试的时候所用的方法和实际电池中的情况有很大的差别，直接比较两种隔膜的穿刺强度不是特别合理，但在微结构一定的情况下，相对来说穿刺强度高的，其装配不良率低。但单纯追求高穿刺强度，必然导致隔膜的其他性能下降。

7.热稳定性:

隔膜需要在电池使用的温度范围内（-20C~60C）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

8.热关闭温度:

内容由于安全性问题比较严重，目前锂离子电池用隔膜一般都能够提供一个附加的功能，就是热关闭。一般我们将原理电池（两平面电极中间夹一隔膜，使用通用锂离子电池用电解液）加热，当内阻提高三个数量级时的温度称为热关闭温度。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。实际上关闭温度和材料本身的熔点密切相关，如PE为135C附近。当然不同的微结构对热关闭温度有一定的影响。但对于小电池，热关闭机制所起的作用很有限。

9.孔隙率:

内容目前，锂离子电池用隔膜的孔隙率为40%左右。孔隙率的大小和内阻有一定的关系，但不同种隔膜之间的空隙率的绝对值无法直接比较。

市场情况：

目前隔膜供应商主要为以下几家：

美国：Celgard （三层PP/PE/PP）, Entek (单层PE)

荷兰：DSM （单层PE）

德国：Degussa (为无机有机复合膜，较厚，主要适用于动力型大电池)

日本：Asahi, Tonen （单层PE）, UBE （三层PP/PE/PP）

此外国内有三到五家在做，但目前产品性能还不尽如人意。

国内制作的目前主要有以下一些问题：

1.孔隙率不够

2。厚度不均

3 有针孔

4。 均匀度不够

5。强度不够

Bellcore技术大概是使用共聚物和某种溶剂形成胶状物，然后刮在电极或其他平面表面，然后使溶剂蒸发形成多孔膜，然后和电极片堆叠或卷绕在一起，用铝塑膜封装，然后注液。具体的工艺就各家稍有不通。这种电池使用自成膜的电解质，不再需要PP/PE隔膜了。下载本文