锂离子电池课题调研
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1.在电池体系中稳定； 2.电导率较高，不能小于10-3S/cm2； 3.粘度要小； 4.组合后体系的温度范围要足够宽。
锂离子电池基本知识
锂离子电池的组成
▪4.隔膜 ▪目前常用的是微孔聚烯烃隔膜，是用PP或PE制作的。当前市售的隔膜有 两种制造工艺：干法拉伸膜和湿法拉伸膜，其中干法拉伸膜是单向拉伸 膜，而湿法膜是双向拉伸膜，一般隔膜的闭合温度都做在130-140℃左右。 ▪隔膜的选择要注意以下几个方面： ▪1. 膜对液体的湿润能力； ▪2. 隔膜在电池的电化学体系中是稳定的。
▪ 陶瓷材料或涂层在粘结剂的作用在下附着在PE膜上，起到一 个骨架性作用，即使聚烯烃膜发生融化，陶瓷层还在，可以避免 大面积的短路。
2.机械强度
▪ 陶瓷颗粒硬度大，成型方法也不能像聚烯烃膜。采用合适的成 型方法可以消除内部应力。 ▪ 经过烘干后的陶瓷膜，陶瓷颗粒致密化，机械强度提高，但同 时也增加了材料的脆性
锂离子电池课题调研
一.陶瓷隔膜的探究 二.锂硫电池的电极材料
锂离子电池基本知识
锂离子电池的组成
▪1、正极材料 ▪正极活性物质常用的主要是有LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2 、 LiFePO4。 目前正 在进行的正极材料的研究中，还有各种以Li、Co、Mn、Ni等元素合成的非化学 计量配比正极材料。
混合均匀 浸涂法制膜
干燥及烘干
筛选
电池装配
SEM 充放电循环测试 循环伏安测试 交流阻抗
陶瓷隔膜制备举例
一、Al2O3/PVDF/PE陶瓷涂层隔膜
制备方法
纳米级颗粒Al2O3(2—4nm)与聚对苯乙烯粘结剂与充当 溶剂的二甲基乙酰胺充分混合，制成浆体。然后在厚度为 25um、孔隙率为40%的PE膜两面都涂上浆体，并于室温 下干燥10min左右，以使溶剂挥发。室温干燥后的涂层膜 再在真空80 ℃条件下干燥24小时。最后干燥后的涂层膜 厚度控制在30um以下，这可以通过改变浆体中聚合物粘 结剂与陶瓷颗粒的含量来实现。
➢热稳定性与机械强度较低
需要寻找新的、可以提高热稳定性定性和机械强度的隔膜材料
➢ 陶瓷基材料引起了人们的极大关注 ➢ 热收缩小，耐高温，且强度更高
• 人们研究了许多陶瓷基复合体系, 如: Al2O3/SiO2/PAN, Al2O3/PVDF, Al2O3/PE/DMA.
陶瓷复合隔膜基本设计思路
聚合物粘结剂 陶瓷颗粒 有机溶剂
陶瓷隔膜制备举例
三、CaCO3/Teflon陶瓷膜
制备方法
将少量乙醇作为稀释剂，一定量的CaCO3粉末 （10um,98%）与聚四氟乙烯（Teflon,61.5%wt溶于 水），充分混合后通过热轧成型的方法制成自支撑膜。 其中wt%CaCO3:Teflon=92:8,成型后的隔膜厚度在 175~190um，然后再在120 ℃真空条件下干燥16小 时。
来回迁移通过
隔膜作用
良好的力学性能 尺寸稳定性好 耐热、耐刺穿性好
多孔、孔隙率高 孔的弯曲度低 孔径尺寸均匀 减少任何对电池效能不利的副作用
性能要求
目前市场上的聚烯烃膜
部分商品化微孔膜的典型特性
聚烯烃材料为目
前锂离子电池 常用的隔膜材 料
➢较高孔隙率、较低电阻、 较高的抗断裂程度、耐酸碱 能力、弹性、溶剂保持性
结果与讨论
1.热稳定性能
2.机械强度 3.离子电导率
To improve the thermal shrinkage
electrochemical performance
4.循环性能
1.热稳定性能
▪ 目前市场上采用的额聚烯烃膜在130 ℃或者更高的温度下就融 化。
▪ 陶瓷颗粒本身熔点高不易融化。在复合物隔膜中可以吸收一部 分的热量，保护里面的聚烯烃膜。
陶瓷隔膜研究思路方向
思路 方向
颗粒大小
两性材料或碱性
颗粒大小
与正负极 的亲和性
孔隙 率
可湿性 成型方法
Sion Power 公司研制的 锂硫电池
074350 型 Li / S 软包 装电池
过度金属氧化物以及磷酸 盐正极材料为目前锂离子 电池常用的材料
理论比容量低，已经达到一个瓶颈状态，需要开发 更高比容量的材料
▪2.负极材料 ▪基本上用的是碳材料。目前常用的碳负极主要是天然石墨和人造石墨 （MCMB）。 ▪负极材料的比表面积越大，反应表面积越大，但自放电率也高。
锂离子电池基本知识
锂离子电池的组成
▪3.电解液
▪对电解液的最基本的要求是能进行离子导电，在电池体系内稳定， 不发生化学反应。现在锂离子电池用的电解液是有机电解液，常用溶 剂主要是EC、PC，常用溶质主要是LiPF6。 ▪在把溶剂和溶质组合后的电解液要符合以下几点：
3.离子电导率
▪ 陶瓷层表面的无机颗粒，增加了隔膜的孔隙率，使材料具有更 高的可湿性。 ▪ 无机纳米颗粒表面的毛细管作用，使材料孔隙间充满了电解质 溶液，为离子导电提供了发达的通道。 ▪ 由于复合膜的厚度较单纯的PE/PP膜厚，一定程度上增加了电 池的内阻。
4.循环性能
▪ 陶瓷层表面的无机颗粒，增加了隔膜的孔隙率，使材料具有更 高的可湿性。 ▪ 无机纳米颗粒表面的毛细管作用，使材料孔隙间充满了电解质 溶液，为离子导电提供了发达的通道。 ▪ 由于复合膜的厚度较单纯的PE/PP膜厚，一定程度上增加了电 池的内阻。
锂离子电池基本知识ຫໍສະໝຸດ Baidu
锂离子电池原理
电池的重要组成部分---隔膜
• 隔膜也叫隔离物。置 于电池两极之间。其 作用是防止正负极活 性物质直接接触而造 成的电池内部短路， 并能够离子通过。
• 对于锂离子电池隔膜：特别要求，温度 升高时孔隙 “shut down”
绝缘材料 隔离电池的正负极
电解质离子 在电池充放电过程中
陶瓷隔膜制备举例
陶瓷自支撑隔膜
陶瓷隔膜制备举例
二.Al2O3/SiO2/PAN陶瓷膜
制备方法
干燥氮气中将计量聚丙烯腈( PAN)粉末慢慢加入 计量的碳酸乙烯酯( EC)中, 直至溶解透明。再将计量 的Al 2 O3 /SiO2粉末加入此体系中, 经充分混合成为 浆状物, 后在涂布机上热涂布到表面涂有有机硅脱模 剂的离形纸上, 形成自支撑膜。典型的膜组成 Al2O3 /SiO2 / PAN 的质量比为 89 ：4 ：7; 厚度: 30 ~35 nm。
锂离子电池基本知识
锂离子电池的组成
▪4.隔膜 ▪目前常用的是微孔聚烯烃隔膜，是用PP或PE制作的。当前市售的隔膜有 两种制造工艺：干法拉伸膜和湿法拉伸膜，其中干法拉伸膜是单向拉伸 膜，而湿法膜是双向拉伸膜，一般隔膜的闭合温度都做在130-140℃左右。 ▪隔膜的选择要注意以下几个方面： ▪1. 膜对液体的湿润能力； ▪2. 隔膜在电池的电化学体系中是稳定的。
▪ 陶瓷材料或涂层在粘结剂的作用在下附着在PE膜上，起到一 个骨架性作用，即使聚烯烃膜发生融化，陶瓷层还在，可以避免 大面积的短路。
2.机械强度
▪ 陶瓷颗粒硬度大，成型方法也不能像聚烯烃膜。采用合适的成 型方法可以消除内部应力。 ▪ 经过烘干后的陶瓷膜，陶瓷颗粒致密化，机械强度提高，但同 时也增加了材料的脆性
锂离子电池课题调研
一.陶瓷隔膜的探究 二.锂硫电池的电极材料
锂离子电池基本知识
锂离子电池的组成
▪1、正极材料 ▪正极活性物质常用的主要是有LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2 、 LiFePO4。 目前正 在进行的正极材料的研究中，还有各种以Li、Co、Mn、Ni等元素合成的非化学 计量配比正极材料。
混合均匀 浸涂法制膜
干燥及烘干
筛选
电池装配
SEM 充放电循环测试 循环伏安测试 交流阻抗
陶瓷隔膜制备举例
一、Al2O3/PVDF/PE陶瓷涂层隔膜
制备方法
纳米级颗粒Al2O3(2—4nm)与聚对苯乙烯粘结剂与充当 溶剂的二甲基乙酰胺充分混合，制成浆体。然后在厚度为 25um、孔隙率为40%的PE膜两面都涂上浆体，并于室温 下干燥10min左右，以使溶剂挥发。室温干燥后的涂层膜 再在真空80 ℃条件下干燥24小时。最后干燥后的涂层膜 厚度控制在30um以下，这可以通过改变浆体中聚合物粘 结剂与陶瓷颗粒的含量来实现。
➢热稳定性与机械强度较低
需要寻找新的、可以提高热稳定性定性和机械强度的隔膜材料
➢ 陶瓷基材料引起了人们的极大关注 ➢ 热收缩小，耐高温，且强度更高
• 人们研究了许多陶瓷基复合体系, 如: Al2O3/SiO2/PAN, Al2O3/PVDF, Al2O3/PE/DMA.
陶瓷复合隔膜基本设计思路
聚合物粘结剂 陶瓷颗粒 有机溶剂
陶瓷隔膜制备举例
三、CaCO3/Teflon陶瓷膜
制备方法
将少量乙醇作为稀释剂，一定量的CaCO3粉末 （10um,98%）与聚四氟乙烯（Teflon,61.5%wt溶于 水），充分混合后通过热轧成型的方法制成自支撑膜。 其中wt%CaCO3:Teflon=92:8,成型后的隔膜厚度在 175~190um，然后再在120 ℃真空条件下干燥16小 时。
来回迁移通过
隔膜作用
良好的力学性能 尺寸稳定性好 耐热、耐刺穿性好
多孔、孔隙率高 孔的弯曲度低 孔径尺寸均匀 减少任何对电池效能不利的副作用
性能要求
目前市场上的聚烯烃膜
部分商品化微孔膜的典型特性
聚烯烃材料为目
前锂离子电池 常用的隔膜材 料
➢较高孔隙率、较低电阻、 较高的抗断裂程度、耐酸碱 能力、弹性、溶剂保持性
结果与讨论
1.热稳定性能
2.机械强度 3.离子电导率
To improve the thermal shrinkage
electrochemical performance
4.循环性能
1.热稳定性能
▪ 目前市场上采用的额聚烯烃膜在130 ℃或者更高的温度下就融 化。
▪ 陶瓷颗粒本身熔点高不易融化。在复合物隔膜中可以吸收一部 分的热量，保护里面的聚烯烃膜。
陶瓷隔膜研究思路方向
思路 方向
颗粒大小
两性材料或碱性
颗粒大小
与正负极 的亲和性
孔隙 率
可湿性 成型方法
Sion Power 公司研制的 锂硫电池
074350 型 Li / S 软包 装电池
过度金属氧化物以及磷酸 盐正极材料为目前锂离子 电池常用的材料
理论比容量低，已经达到一个瓶颈状态，需要开发 更高比容量的材料
▪2.负极材料 ▪基本上用的是碳材料。目前常用的碳负极主要是天然石墨和人造石墨 （MCMB）。 ▪负极材料的比表面积越大，反应表面积越大，但自放电率也高。
锂离子电池基本知识
锂离子电池的组成
▪3.电解液
▪对电解液的最基本的要求是能进行离子导电，在电池体系内稳定， 不发生化学反应。现在锂离子电池用的电解液是有机电解液，常用溶 剂主要是EC、PC，常用溶质主要是LiPF6。 ▪在把溶剂和溶质组合后的电解液要符合以下几点：
3.离子电导率
▪ 陶瓷层表面的无机颗粒，增加了隔膜的孔隙率，使材料具有更 高的可湿性。 ▪ 无机纳米颗粒表面的毛细管作用，使材料孔隙间充满了电解质 溶液，为离子导电提供了发达的通道。 ▪ 由于复合膜的厚度较单纯的PE/PP膜厚，一定程度上增加了电 池的内阻。
4.循环性能
▪ 陶瓷层表面的无机颗粒，增加了隔膜的孔隙率，使材料具有更 高的可湿性。 ▪ 无机纳米颗粒表面的毛细管作用，使材料孔隙间充满了电解质 溶液，为离子导电提供了发达的通道。 ▪ 由于复合膜的厚度较单纯的PE/PP膜厚，一定程度上增加了电 池的内阻。
锂离子电池基本知识ຫໍສະໝຸດ Baidu
锂离子电池原理
电池的重要组成部分---隔膜
• 隔膜也叫隔离物。置 于电池两极之间。其 作用是防止正负极活 性物质直接接触而造 成的电池内部短路， 并能够离子通过。
• 对于锂离子电池隔膜：特别要求，温度 升高时孔隙 “shut down”
绝缘材料 隔离电池的正负极
电解质离子 在电池充放电过程中
陶瓷隔膜制备举例
陶瓷自支撑隔膜
陶瓷隔膜制备举例
二.Al2O3/SiO2/PAN陶瓷膜
制备方法
干燥氮气中将计量聚丙烯腈( PAN)粉末慢慢加入 计量的碳酸乙烯酯( EC)中, 直至溶解透明。再将计量 的Al 2 O3 /SiO2粉末加入此体系中, 经充分混合成为 浆状物, 后在涂布机上热涂布到表面涂有有机硅脱模 剂的离形纸上, 形成自支撑膜。典型的膜组成 Al2O3 /SiO2 / PAN 的质量比为 89 ：4 ：7; 厚度: 30 ~35 nm。