锂离子电池隔膜基础知识培训手册
锂离子电池基础知识培训教材全解
▪ 大家可以根据自己工作岗位性质有针对性的 进行研究、讨论
结束
电压
▪ 开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电
池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负 极电极电势之差。 ▪ 工作电压
工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示 的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电 压称为初始电压。
电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电 位的存在，电池的工作电压低于开路电压。
正极片烘烤 正极制片
组装
负极片烘烤 负极制片
卷绕工艺流程
正、负极片
隔膜
贴底部胶纸
刷粉配片
隔膜裁剪 卷绕
调机，测试
压芯
测短路
入壳
负极极耳点焊
正极极耳超焊
离心入壳 压盖帽(板)
折极耳
套隔圈并固定
激光焊
测短路
激光焊工艺流程
调机（夹具、激光调试） 激光焊接长边 激光焊短边 全检气密
全检短路
注液
注液-化成工艺流程
内阻
▪ 电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力 称为电池的内阻。
▪ 电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为 活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。
▪ 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学 极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于 电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电 压。
正极 泡胶 正极混干粉 正极真空搅拌 正极筛浆料
正极拉浆
负极 泡胶 负极混干粉 负极真空搅拌 负极筛浆料
负极拉浆
拉浆工艺流程
正、负极浆料 送带 上浆 烘烤 收带
锂离子电池隔膜培训PPT课件
方法B： 通过调节使试样两侧形成一个恒定的压差，测定一定时间内垂直通过试样给 定面积的气流流量，计算透气率等参数。
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5.孔隙率
隔膜孔隙率的定义是空隙的体积占整个体积的比例，微孔材料中常见的孔通常 包含通孔、盲孔、闭孔 3 种结构。
弯曲度 弯曲度主要指隔膜分切后产生的弧形，弧形明显时会造成叠片不齐，卷绕时
产生涡状，造成极片外露进而短路。将隔膜条平铺于桌面上，与钢板尺边缘进 行平行度的对比，可以得到隔膜的弧度。
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4.透气度
透气度反映隔膜的透过能力，一般采用 Gurley 法进行测定，即一定体积的 气体，在一定压力条件下通过给定面积的隔膜所需要的时间。与电池内阻成正比， 数值越大，内阻越大。
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6.浸润性
目前对浸润性的测试主要有目测法和用接触角仪进行接触角的测量。 目测法是用微量注射器吸取电解液，滴加在隔膜上并开始计时，观察电解液何时将 隔膜完全浸润，并停止计时。 此种方法无法定量的表征隔膜对电解液的浸润性，但可用于甄别对电解液浸润性不 好的隔膜，一般 2~3s 内可完全浸润的隔膜视为浸润性较好。
5
隔膜种类 (Separator classification）
6
隔膜性能指标 (Performance index)
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1.红外光谱
红外光谱可用于确定隔膜的化学组成，例如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚 酰亚胺（PI）等，通过了解隔膜的化学组成可初步定性判定隔膜的熔断温度、பைடு நூலகம்孔 特性、电化学稳定性等基本特性。
目前孔隙率的测试方法主要有吸液法、计算法和测试法。
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隔膜需要在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。
通常，真空条件下，90℃恒温60分钟，隔膜横向纵向收 缩应小于5%。
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⑧热关闭温度
热关闭温度：将模拟电池（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。 闭孔温度：外部短路或非正常大电流通过时产生的热 量使隔膜微孔闭塞时的温度。 熔融破裂温度：将隔膜加热，当温度超过试样熔点使 试样发生破裂时的温度。
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，EV/HEV使用的是厚度为40微米左右的隔膜。
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②透气率
MacMullin 数 ：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 。此数值越小越好，消耗型锂离 子电池的这个数值为接近 8。
来比较两种隔膜的浸润度。
④化学稳定性
要求隔膜在电化学反应中是惰性的，且对强还原、 强氧化不活泼，机械强度不衰减，不产生杂质。一般 认为，目前隔膜用材料PE或PP可满足化学惰性要求。
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⑤孔径
防止电极颗粒直接通过隔膜 ，要求隔膜孔径为0.010.1μm, 小 于 0.01μm 时 ， 锂 离 子 穿 透 能 力 太 小 ， 大 于 0.1μm时，电池内部枝晶生成时电池易短路。
⑥穿刺强度
穿刺强度：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。
锂离子电池隔膜基础知识
6.洗涤烘干系统
湿 法 生 产 流锂 程离 分子 解电 池 隔 膜
洗涤过程就是溶剂(萃取剂)萃取成 孔剂，溶剂取代成孔剂剂位置的过 程；而烘干过程就是加快萃取剂 的挥发，空气取代萃取剂位置的过 程，当然烘干过程也是萃取剂循环 回收的过程。经过洗涤烘干后的薄 膜由透明变成了白色，这说明锂离 子隔膜的微孔已经形成了。
隔膜是一种具有纳米级微孔的 高分子功能材料。也叫电池隔 膜、隔膜纸、多孔膜、离子交 换膜、分离膜、离子渗透膜等。 生产方法：湿法、干法（单项 拉伸、吹膜法、双向拉伸）
隔 膜 及 制 法 介 绍
湿 法 介 绍
湿法也叫热致相分离法（TIPS）,或 者溶剂萃取成孔法，其化学原理是 相分离。 基本过程是指在高温下将 聚合物溶于高沸点、低挥发性的溶 剂中形成均相液，然后降温冷却， 导致溶液产生液－固相分离或液－ 液相分离，再选用挥发性试剂将高 沸点溶剂萃取出来，经过干燥获得 一定结构形状的高分子微孔膜。 湿法生产的特点是产品均匀性好， 安全性好 ，机械性能良好，孔曲折 度高。
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。
(3)孔隙率。孔隙率对膜的透过性和电
锂离子电池隔膜培训
隔膜基础知识
锂离子电池对隔膜的要求包括： （1）具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离； （2）有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离 子有很好的透过性； （3）耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性，这是由于电解质的 溶剂为强极性的有机化合物； （4）具有良好的电解液的浸润性，并且吸液保湿能力强； （5）力学稳定性高，包括穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能小； （6）空间稳定性和平整性好； （7）热稳定性和自动关断保护性能好； （8）受热收缩率小，否则会引起短路，引发电池热失控。除此之外，动 力电池通常采用复合膜，对隔膜的要求更高。
接触角仪测量方法为在隔膜上滴下电解液，测定液滴两端的距离与高度，计算出接 触角，具体计算方法如图 4 所示。
6.浸润性
接触角仪可定量的给出电解液对隔膜的浸润性，还可通过捕捉液滴在隔膜表面 铺展开来的动态影像计算出浸润速率等数据。该方法亦无参考标准，各个厂家可根 据自己的需求制定该项技术指标，接触角 <37°则视为浸润性较好。
a、隔开锂电池的正、负极，防止正、负极接触形成短路； b、薄膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路。
Fig. 1.Schematic illustration of a typical lithium-ion battery.
隔膜基础知识
高性能锂电池需要隔膜具有厚度均匀性以及优良的力学性能（包括拉伸强度 和抗穿刺强度）、透气性能、理化性能（包括润湿性、化学稳定性、热稳定性、安 全性）。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。
锂离子电池隔膜基础知识培训手册
锂离子电池隔膜基础知识培训手册第一章：引言（200字）随着现代社会对便携式电子设备和电动汽车等的需求不断增加，锂离子电池作为一种高能量、高功率储能装置得到了广泛应用。
而隔膜作为其中的一个重要组成部分，对电池的性能和安全性起到至关重要的作用。
本手册旨在对锂离子电池隔膜的基础知识进行培训，帮助读者深入了解隔膜的原理、分类、性能要求以及应用等方面的知识。
第二章：锂离子电池隔膜的原理与结构（400字）2.1锂离子电池隔膜的作用2.2锂离子电池隔膜的结构锂离子电池隔膜通常由微孔膜、隔膜保护层和粘结剂组成。
其中，微孔膜是隔膜的主要结构，其特点是具有一定的孔径和孔隙率，能够促进离子的传输。
隔膜保护层用于改善隔膜的化学和机械稳定性，降低隔膜的热收缩性。
粘结剂则用于固定微孔膜和隔膜保护层。
第三章：锂离子电池隔膜的分类（300字）3.1根据材料根据材料的不同，锂离子电池隔膜主要可以分为聚烯烃隔膜和陶瓷隔膜两类。
聚烯烃隔膜通常由聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）等高分子材料制成，具有较高的电导率和较低的成本，广泛应用于电池领域。
陶瓷隔膜则具有较高的热稳定性和机械强度，适用于高温和高功率应用场景。
3.2根据结构根据结构的不同，锂离子电池隔膜可以分为单层隔膜和复合隔膜两类。
单层隔膜通常由一层微孔膜制成，其优点是电池内部电阻较低。
复合隔膜则由两层或多层微孔膜通过层间粘结剂粘合而成，具有较好的机械强度和热稳定性。
第四章：锂离子电池隔膜的性能要求（400字）4.1电导率隔膜的电导率是衡量其性能的重要指标之一、较高的电导率能够降低电池的内阻，提高电池的功率性能。
因此，锂离子电池隔膜应具有较高的电导率，以确保电池的正常工作和性能的发挥。
4.2热稳定性4.3机械强度第五章：锂离子电池隔膜的应用（200字）锂离子电池隔膜广泛应用于各种领域，包括便携式电子设备、电动汽车、储能系统等。
在便携式电子设备中，隔膜能够确保电池的安全性和稳定性，提供持久的电力支持。
锂离子电池隔膜基础知识
锂离子电池隔膜基础知识锂离子电池是一种广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域的重要能量存储装置。
而隔膜作为锂离子电池的关键组成部分之一，起着分隔正负极电解液，防止短路和通电性能的调控等重要作用。
下面将针对锂离子电池隔膜的基础知识进行详细介绍。
锂离子电池隔膜的基本结构包括基材和涂层两部分。
基材主要由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等高分子材料构成，它们具有良好的化学稳定性、物理性能和导电性能。
涂层则主要由聚丙烯酸（PPA）等材料构成，它们能提供一定的离子导电性。
1.隔离正负极电解液：锂离子电池隔膜能有效地分隔正负极电解液，阻止锂离子的直接接触。
这样可以避免正负极短路，减少电池的安全风险。
2.调控通电性能：锂离子电池隔膜的孔径大小和形状可以影响锂离子的传输速率和电池的内阻。
通过调控隔膜的孔径大小和形状，可以提高电池的输出功率和循环寿命。
3.限制电解液的扩散：锂离子电池隔膜可以限制电解液中的溶剂和盐类的扩散，防止电解液的流失和混合，维持电池的稳定性和可靠性。
1.良好的机械强度：锂离子电池隔膜需要具有足够的机械强度，以抵抗外界的挤压和变形。
2.优异的热稳定性：锂离子电池运行时会产生较高的温度，因此隔膜需要具备良好的热稳定性，以避免隔膜的热退化和电池性能的下降。
3.良好的离子导电性：隔膜要具备良好的离子传输性能，以保证锂离子的快速传输，提高电池的输出功率。
4.优异的化学稳定性：隔膜需要具备良好的化学稳定性，以避免与电解液中的溶剂和盐类发生反应，导致隔膜的化学降解和电池性能的下降。
5.适当的孔径和孔隙率：隔膜的孔径大小和孔隙率会影响锂离子的传输速率和电池的内阻。
孔径和孔隙率过大会导致电池容量下降，而孔径和孔隙率过小会导致电池内阻过高。
隔膜的制备方法：1.干法制备：干法制备的隔膜是利用电解纸或高分子薄膜的物理和化学性质进行制备。
常见的干法制备方法有水热法、吹膜法、拉伸法等。
2.液相制备：液相制备的隔膜是利用溶液中的高分子材料通过涂覆、浸渍等方法形成的。
锂离子电池隔膜基础知识
定性好； e.吸收电解液的能力强； f.成本低，适于大规模工业化生产； g.杂质含量少，性能均匀。
1.1隔膜的结构特性
(1)厚度。锂离子电池隔膜的厚度一般≤25μm。在保证一定的机械强度的前
电池隔膜发展的趋势：要求有较高的孔隙率和抗撕裂强度、较低的电阻、较好的
抗酸碱能力和良好的弹性等。
电池隔膜具有高附加值：聚丙烯原料的价格为8000元/吨，加工成隔膜后为300
万元/吨。
3.2生产隔膜企业介绍
1.美国Celgard公司 Celgard公司成立于1981年，注册资本2亿
美金，全球共分四个事业部，电池隔膜事业 部2007年全球总销售金额为8.5亿美金。 Celgard持有干法单向拉伸制造工艺的专利， 并且有MBI、BYD两大客户的支持，成为干 法聚烯烃隔膜的领跑者。
Temperature (°C)
2.隔膜的制造工艺
隔膜的制备方法
干法
单向拉伸 双向拉伸
熔融拉伸（MSCS） 美国celgard、日 本宇部
热致相分（TIPS） 湿法
日本的旭化成、东燃， 美国的Entek
优点：较好的控
制孔径及孔隙率。
缺点：需使用溶
剂，产生污染，提 高成本。
干法制备隔膜
定义：干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹制成结晶性高分子薄膜，经过结晶
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；电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)所用电池的隔膜在 40μm左右，这是电池大电流放电和高容量的需要，而且隔膜越厚，其机械强 度就越好，在组装电池过程中不易短路。
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锂离子电池隔膜基础知
识培训手册
文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-MG129]
从上图可知，隔膜可分为半透膜与微孔膜两大类。
半透膜的孔径一般小于
1nm ，而微孔膜孔径在10nm以上，甚至到几微米。
（三）锂离子电池隔膜的功能及机理
1、隔膜在锂离子电池中的主要功能
●在电池内部将正、负极分隔开来，防止接触造成短路；
●有良好的离子通过能力；
●有保持电解液的能力；
●有一定的保护电池安全的能力。
2、隔膜机理隔膜中具有大量曲折贯通的微孔，电解液中的离子载体可以在微孔中自由通过，在正负极之间迁移形成电池内部导电回路，而电子则通过外部回路在正负电极之间迁移形成电流，供用电设备利用。
（四）锂离子电池隔膜的主要用途
各种液态锂离子电池，如手机电池、便携式DVD电池、笔记本电脑电池、电动工具电池、GPS电池、电动车和储能装置电池等。
聚烯烃隔膜原料和生产原理
（一）聚烯烃隔膜分类
分类方
法
按材料分类按工艺分类按结构分类
种类PP、PE、
PP/PE复合
干法、湿法
单层PP、PE
多层PP、PE
三层
PP/PE/PP
（二）聚烯烃隔膜的主要原料
隔膜使用的聚烯烃材料目前主要是聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE ）两类。
聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。
当前，商品化的液态锂离子电池大多使用微孔聚烯烃隔膜，因为聚烯烃化合物在合理的成本范围内可以提供良好的机械性能和化学稳定性，而且具有高温自闭性能，更加确保了锂离子二次电池在日常使用上的安全性。
（三）聚烯烃隔膜的主要生产方法
1、热致相分离法（湿法—TIPS）
利用高分子材料和特定的溶剂在高温条件下完全相容，冷却后产生相分离的特性，使溶剂相连续贯穿于聚合物相形成的连续固态相中，经过拉伸扩孔后，将溶剂萃取后在聚合物相中形成微孔。
在目前湿法隔膜制造过程中，通常将聚烯烃树脂原料和一些其它低分子量的物质同混合，加热熔融混合均匀、经挤出拉伸成膜，再用易挥发溶剂把低分子物质抽提出来，形成微孔膜。
2、熔融拉伸法（干法—MSCS）
熔融拉伸法的制备原理是，高聚物熔体挤出时在拉伸应力作用冷却下结晶，形成平行排列的结晶结构，经过热处理后的薄膜在拉伸后晶体之间分离而形成狭缝状微孔，再经过热定型制得微孔膜。
在聚丙烯微孔膜制备中除了拉开片晶结构外，还可以通过在聚合物中添加结晶成核剂，形成特定的β晶型，然后在双向拉伸过程中发生β晶型向α晶型转变，晶体体积收缩产生微孔。
不同生产方法的隔膜特点
生产方干法湿法
法
拉伸方
式
单向拉伸双向拉伸双向拉伸工艺原
理
晶片分离晶型转换相分离
方法特点设备简单，投资
较小，工艺复
杂、成本高、环
境友好
设备复杂，
投资较大，
配方控制难
度高，生
产成本低
设备复杂、投
资较大、周期
长、工艺复
杂、成本高，
能耗大、有环
境污染
产品特点微孔尺寸小、分
布均匀，微孔导
通性好，能生产
不同厚度和不同
结构的产品，
纵向强度高、横
向强度低， TD
无收缩
微孔尺寸
大、分布不
均匀，双
向强度均
匀；只能生
产一定厚度
规格PP 膜
孔径分布宽，
穿刺强度高；
适宜生产较薄
产品，只能
生产PE 膜
3、不同生产方法的隔膜电镜扫描图
图1 干法单向拉伸PP 隔膜SEM
图2 干法双向拉伸隔膜SEM
(a)
(b)
图3 湿法隔膜SEM
（四）聚烯烃隔膜的结构及特点
结构单层、双
层
单层、双层三层
材料PP PE PP/PE/PP
生产
方法
干法干法、湿法干法
优点耐热性
好、透过
性好
机械强度高低
温闭孔
(130 ℃左
右)
综合了PP 、PE 膜
优点，机械强度
好，安全性更高
缺点安全关断
温度(闭孔
温度＞
140 ℃）
高于PE
耐高温性能不
如PP
高温透过性差
应用范围数码电
池、动力
电池
数码电池数码电池
性能参数和使用要求
（一）隔膜的基本性能表征
1、孔隙率
孔隙率是孔的体积和隔膜体积的比值，即单位膜的体积中孔所占的体积百分比。
它与原材料树脂以及最终制品的密度有关，大多数锂离子电池隔膜的孔隙率在35%～60%之间。
孔隙率与隔膜的透过能力有一定关系，但孔隙率大并不代表隔膜的透过性好，因为透过性取决于微孔的导通率和孔径大小。
另外，对于一定的电解质，具有高孔隙率的隔膜可以降低电池的阻抗，但也不是越高越好，孔隙率太高，会使材料的机械强度变差。
孔隙率的测量一般采用称重法计算理论孔隙率。
过，过大的孔径有可能导致隔膜穿孔形成电池微短路导致电池自放电过快。
孔的分布不均匀有可能导致电池内部电流密度不一致，长期使用中锂离子可能沉积形成枝晶状刺穿隔膜。
制造方法孔径
范围
中值孔
径特点
单轴干法0～
400 90~120
孔径均匀，孔
较小
双轴干法0～
3000 100~150
孔径不均匀，
分布宽
双轴湿法0～
1000 200~250
孔径较均匀，
分布宽
孔径和孔径分布一般采用压汞法测量，孔的分布均匀性一般采用SEM 观察。
5、力学性能
锂离子电池对隔膜机械强度的要求较高。
电池中的隔膜直接接触有硬表面的正极和负极，而且当电极上的毛刺、带尖角的大颗粒物质、甚至电池内部形成枝晶，都会引起隔离膜被穿破而引起电池短路或微短路，因此要求隔离膜的抗穿刺强度尽量高。
此外隔离膜拉伸强度和断裂伸长率也有一定要求。
单轴拉伸的隔膜在拉伸方向与垂直拉伸方向强度不同，而双轴拉伸制备的隔膜强度在两个方向上基本一致。
尽管如此，在实际应用中双向拉伸并没有性能上的优势。
因为电池卷绕的受力方向是纵向；横向拉伸会导致垂直方向的收缩，这种收缩在高温下会导致电极之间的相互接触。
一般而言孔隙率、透气性较高时，尽管其阻抗较低，但其机械强度却要下降，因此在调节隔膜其中一项或几项性能指标的同时，要兼顾微孔膜的其他各项性能指标，以获得最佳的使用性能。
隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构，进而决定了电池容量、安全性能、充放电电流密度和循环性能等特性，因此需满足如下一些性能：
(1) 化学稳定性—电解液为有机溶剂体系，耐有机溶剂；
(2) 机械性能—隔膜的拉伸强度高，穿刺强度高；
(3) 热稳定性—收缩率低，具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度；
(4) 透过率好—孔隙率高，孔径分布均匀、透气性好；
(5) 表面无静电—不吸尘、易分离；
(6) 电解液浸润性—与电解液相容性好，吸液率高；
(7) 均匀性—厚度、透过率、热收缩等。
2、锂离子电池对隔膜使用的要求
电芯成
型方式
电池外形隔膜使用要求
手动卷
绕
方形、
圆形
隔膜单片使用，要求易
分开、易从卷针抽取叠
片
方形、
异性
隔膜单片使用，要求易
分开
自动/半自动卷
绕
方形、
圆形隔膜整卷使用，恒张力
控制，要求端面整齐叠
片
方形、
异性
发展趋势
（一）动力用锂离子电池隔膜
最近几年，随着环保和能源问题的日益突出，国内外对电动汽车的研究也越来越受到重视。
与铅酸、镍氢蓄电池相比，锂离子动力电池具有电压高、能量密度大、充放电速度、使用寿命长、无记忆效应、无污染等优势，可以代替燃油系统及传统铅酸、镍镉电池，提升能源利用效率，减少空气和铅、铬等重金属。