锂电池讲义隔膜纸性能要求
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穿刺强度:与电极板表面的粗糙程度有关,电极使用 不同的材料要求隔膜的穿刺强度也不同.
隔膜的内部结构
1.孔径:可用压汞法测定;通过汞的体积和压力,微 孔的大小有关;
2.孔率:单位膜的体积中孔的体积百分率;可用比 重法测定:孔率=D0-D/D0
3. 孔的曲折度:膜的厚度和气体或液体在实际膜 当中通过的路径比例.(电池放电一般对膜的电 阻而言,低曲折系数是有利的;对短路时的 shutdown来讲,高的曲折系数有利.)
隔膜纸的润湿性能
评价方法:η=m2-m1/m1 η为吸液率 较好的润湿性能有利于隔膜同电解液间的亲 和,扩大隔膜与电解液的接触面积,增加电解液 对膜的润湿度,使尽量多的锂离子透过隔膜,从 而增加离子导电性,电池的放电性和容量.
隔膜的力学性能
拉伸强度:纵向和横向拉伸强度(主要要求纵 向)25μm厚的隔膜纵向拉伸强度在 1000kg/cm2 以上.
隔膜在锂离子电池的应用
1.主要作用 2.基本要求 3.主要性能及其评价 4.隔膜主要性能对电池的影响
主要作用
1.利用其不导电性使电池正负极隔开,防止短 路;
2.依靠自身微孔结构让锂离子通过,使电解质 反应,保持良好的离子导电性;
3.外部短路或错误连接导致大电流,隔膜因热 变形使微孔闭塞切断电流回路,确保安全.
隔膜材料的制造技术
相分离法(湿 法)的制造
高分子聚合物溶剂（添加剂）
混合加热
薄膜化、 微相分离(结晶化)
脱溶剂延伸(多孔形成)
延伸造孔法(干法)
延伸法的 制造流程 如右图:
高分子粘稠液、 聚合物溶剂(添加剂) 薄膜化(定向结晶)
热处理(重结晶,高延展层)
延伸(多孔形成)
多层膜的生产工艺示意图
度/℃
度/℃
/℃
156-163 164-177 162
PE
130-133 139-144 139
PP来自百度文库PE
131-137 167-191 167
PP/PE/PP 134-135 159-192 165
PE膜熔点低,闭 孔温度低.
PP膜熔点破裂 温度较高,在PE 闭孔后仍然保 持良好的力学 性能.
TCN’S method
在一定压力面积下,随着温度的提高测定Gurley值. SD温度:当Gurley值增加时的最低温度被认为是
闭孔温度. MD温度:当Gurley值迅速变小时(样品被熔化破裂)
被认为是熔化温度.
氮气透过量与温度的关系
隔膜多层结构的优越性
隔膜类别 PP
电阻上升温 电阻下降温 膜破裂温度
透气性
透气性是反映隔膜的孔隙率;孔径大小等内部结构 综合因素.通常测定透气度t t∝d-1 * ξ-1 *h*q2
R ∝ t*d
透气度
透气度:在一定条件下(压力,测定面积)一定量空 气通过隔膜所需要的时间,称作Gurley值. Gurley=(10ml/V)*12.56cm2 /in2
电流切断特性(Shutdown)
隔膜改进方向
要求性能
强度高(薄化)
离子透过性高 (阻抗低) 电流遮断性
改进技术
对电池性能影 响
采用超高分子量聚合 容量高;防止短 物;利用成形技术对结 路;提高加工性
晶性、 结构机械控制
利用成形技术控制孔 提高大电流充 的形状、 直径和孔隙 放电性能
率等
按要求不同采用不同 提高电池的安 聚合物和熔点不同的 全性
主要性能及其评价
1.电绝缘性能:用绝缘耐压性来评价.隔膜的绝缘耐压性如果 高的话(Celgard2400d的典型数值是1000±200V),他的电接 触耐压能力也就提高.注入电解液前在电池上加电压,如果 感到有电流,那就说明有电接触,此评价的结果依赖于隔膜 的强度和电池装配条件,尤其是依赖于电极设计.
基本要求
1.足够的隔离性和电子绝缘性,能够保证正负极的机械隔离 和阻止活性物质的迁移; 2.有一定的孔径,对锂离子有很好的透过性,保证低的电阻和 高的离子导电率; 3.有足够的化学和电化学稳定性,一定的耐湿性和耐腐蚀性; 4.对电解液浸润性好 5.有足够的力学性能和防震能力,厚度尽可能小; 6.占的体积小,易于实现薄膜化; 7.自动关断保护性能好;
聚合物的复合材料
锂离子隔膜与分离膜;透气膜的不同
1.作用不同:隔膜使电池正负极隔离,锂离子可逆 往返其孔隙; 分离膜的作用是使多组分溶剂和溶质的分离, 截留,分级,提纯和富集,不可逆; 透气膜的作用是透过湿气和氧气等气体,一般 不可逆;
透过物透过微孔的动力不同
锂离子隔膜依靠锂离子在正负极的浓度差和充 电时的电场;
锂电池隔膜纸性能要求
精品
隔膜应有的基本要求
1.电绝缘性好（非电子导体）； 2.对电解质离子有很好的透过性，电阻低； 3.对电解质具有化学稳定性和电化学稳定性； 4.对电解质润湿性好 ; 5.具有一定的机械强度，厚度尽可能小 ;
隔膜性能
主要指外观;厚度;面密度;电阻;干态及湿 态抗拉强度;孔率;孔径;吸液率;吸液速率; 保持电解液能力;耐电解液腐蚀能力.
隔膜在保持电解液时电阻要低,如果此时电阻过高必将影响电 池的容量特性及电池性能.
隔膜的化学稳定性
评价方法:通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率 来评价. 耐电解液腐蚀能力:将电解液加温到50℃后将 隔膜纸浸入其中4-6个小时,取出洗净,烘干与原 样比较. 胀缩率:将隔膜纸浸泡在电解液中4-6h后检测 尺寸变化,与干态样相减求百分率.
Shutdown特性: 隔膜在大电流或外部短路 时微孔闭塞,切断电流回路的功能(一种安 全保护性能).
主要参数:隔膜的闭孔温度(SD)和熔融破裂 温度(MD)
隔膜孔结构的影响:高曲折度,小孔径对阻止 和切断异常电流有利;但有对电池离子导 电性和放电性有负面影响.
闭孔温度:外部短路或非正常大电流通过时所产 生的热量使隔膜微孔闭塞时的温度.
熔融破裂温度:给隔膜进行加热,当温度超过其 熔点发生破裂的温度.
SD温度应低于MD温度,而且两个温差大,但小于 190℃(金属锂起火温度).
SD温度是电池使用的最高温度;
热电池法:用 电极夹住隔 膜构成电池, 然后电池升 温,测定隔膜 内阻.
测试方法
TMA(热机械分析)
热机械分析: 在恒定的拉 力(2gf)用 TMA设备在 以5℃/min 的速率下测 定样品的收 缩
隔膜的内部结构
1.孔径:可用压汞法测定;通过汞的体积和压力,微 孔的大小有关;
2.孔率:单位膜的体积中孔的体积百分率;可用比 重法测定:孔率=D0-D/D0
3. 孔的曲折度:膜的厚度和气体或液体在实际膜 当中通过的路径比例.(电池放电一般对膜的电 阻而言,低曲折系数是有利的;对短路时的 shutdown来讲,高的曲折系数有利.)
隔膜纸的润湿性能
评价方法:η=m2-m1/m1 η为吸液率 较好的润湿性能有利于隔膜同电解液间的亲 和,扩大隔膜与电解液的接触面积,增加电解液 对膜的润湿度,使尽量多的锂离子透过隔膜,从 而增加离子导电性,电池的放电性和容量.
隔膜的力学性能
拉伸强度:纵向和横向拉伸强度(主要要求纵 向)25μm厚的隔膜纵向拉伸强度在 1000kg/cm2 以上.
隔膜在锂离子电池的应用
1.主要作用 2.基本要求 3.主要性能及其评价 4.隔膜主要性能对电池的影响
主要作用
1.利用其不导电性使电池正负极隔开,防止短 路;
2.依靠自身微孔结构让锂离子通过,使电解质 反应,保持良好的离子导电性;
3.外部短路或错误连接导致大电流,隔膜因热 变形使微孔闭塞切断电流回路,确保安全.
隔膜材料的制造技术
相分离法(湿 法)的制造
高分子聚合物溶剂（添加剂）
混合加热
薄膜化、 微相分离(结晶化)
脱溶剂延伸(多孔形成)
延伸造孔法(干法)
延伸法的 制造流程 如右图:
高分子粘稠液、 聚合物溶剂(添加剂) 薄膜化(定向结晶)
热处理(重结晶,高延展层)
延伸(多孔形成)
多层膜的生产工艺示意图
度/℃
度/℃
/℃
156-163 164-177 162
PE
130-133 139-144 139
PP来自百度文库PE
131-137 167-191 167
PP/PE/PP 134-135 159-192 165
PE膜熔点低,闭 孔温度低.
PP膜熔点破裂 温度较高,在PE 闭孔后仍然保 持良好的力学 性能.
TCN’S method
在一定压力面积下,随着温度的提高测定Gurley值. SD温度:当Gurley值增加时的最低温度被认为是
闭孔温度. MD温度:当Gurley值迅速变小时(样品被熔化破裂)
被认为是熔化温度.
氮气透过量与温度的关系
隔膜多层结构的优越性
隔膜类别 PP
电阻上升温 电阻下降温 膜破裂温度
透气性
透气性是反映隔膜的孔隙率;孔径大小等内部结构 综合因素.通常测定透气度t t∝d-1 * ξ-1 *h*q2
R ∝ t*d
透气度
透气度:在一定条件下(压力,测定面积)一定量空 气通过隔膜所需要的时间,称作Gurley值. Gurley=(10ml/V)*12.56cm2 /in2
电流切断特性(Shutdown)
隔膜改进方向
要求性能
强度高(薄化)
离子透过性高 (阻抗低) 电流遮断性
改进技术
对电池性能影 响
采用超高分子量聚合 容量高;防止短 物;利用成形技术对结 路;提高加工性
晶性、 结构机械控制
利用成形技术控制孔 提高大电流充 的形状、 直径和孔隙 放电性能
率等
按要求不同采用不同 提高电池的安 聚合物和熔点不同的 全性
主要性能及其评价
1.电绝缘性能:用绝缘耐压性来评价.隔膜的绝缘耐压性如果 高的话(Celgard2400d的典型数值是1000±200V),他的电接 触耐压能力也就提高.注入电解液前在电池上加电压,如果 感到有电流,那就说明有电接触,此评价的结果依赖于隔膜 的强度和电池装配条件,尤其是依赖于电极设计.
基本要求
1.足够的隔离性和电子绝缘性,能够保证正负极的机械隔离 和阻止活性物质的迁移; 2.有一定的孔径,对锂离子有很好的透过性,保证低的电阻和 高的离子导电率; 3.有足够的化学和电化学稳定性,一定的耐湿性和耐腐蚀性; 4.对电解液浸润性好 5.有足够的力学性能和防震能力,厚度尽可能小; 6.占的体积小,易于实现薄膜化; 7.自动关断保护性能好;
聚合物的复合材料
锂离子隔膜与分离膜;透气膜的不同
1.作用不同:隔膜使电池正负极隔离,锂离子可逆 往返其孔隙; 分离膜的作用是使多组分溶剂和溶质的分离, 截留,分级,提纯和富集,不可逆; 透气膜的作用是透过湿气和氧气等气体,一般 不可逆;
透过物透过微孔的动力不同
锂离子隔膜依靠锂离子在正负极的浓度差和充 电时的电场;
锂电池隔膜纸性能要求
精品
隔膜应有的基本要求
1.电绝缘性好（非电子导体）； 2.对电解质离子有很好的透过性，电阻低； 3.对电解质具有化学稳定性和电化学稳定性； 4.对电解质润湿性好 ; 5.具有一定的机械强度，厚度尽可能小 ;
隔膜性能
主要指外观;厚度;面密度;电阻;干态及湿 态抗拉强度;孔率;孔径;吸液率;吸液速率; 保持电解液能力;耐电解液腐蚀能力.
隔膜在保持电解液时电阻要低,如果此时电阻过高必将影响电 池的容量特性及电池性能.
隔膜的化学稳定性
评价方法:通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率 来评价. 耐电解液腐蚀能力:将电解液加温到50℃后将 隔膜纸浸入其中4-6个小时,取出洗净,烘干与原 样比较. 胀缩率:将隔膜纸浸泡在电解液中4-6h后检测 尺寸变化,与干态样相减求百分率.
Shutdown特性: 隔膜在大电流或外部短路 时微孔闭塞,切断电流回路的功能(一种安 全保护性能).
主要参数:隔膜的闭孔温度(SD)和熔融破裂 温度(MD)
隔膜孔结构的影响:高曲折度,小孔径对阻止 和切断异常电流有利;但有对电池离子导 电性和放电性有负面影响.
闭孔温度:外部短路或非正常大电流通过时所产 生的热量使隔膜微孔闭塞时的温度.
熔融破裂温度:给隔膜进行加热,当温度超过其 熔点发生破裂的温度.
SD温度应低于MD温度,而且两个温差大,但小于 190℃(金属锂起火温度).
SD温度是电池使用的最高温度;
热电池法:用 电极夹住隔 膜构成电池, 然后电池升 温,测定隔膜 内阻.
测试方法
TMA(热机械分析)
热机械分析: 在恒定的拉 力(2gf)用 TMA设备在 以5℃/min 的速率下测 定样品的收 缩