锂离子电池隔膜-PPT文档资料
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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
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。 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。
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。 Gurley 数 ：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。与隔膜装配的电池的内阻 成正比，即该数值越大，则内阻越大。 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。
培训教程
锂离子电池隔膜基础知识
Editor: Frank Veken_Baowang
1
教程大纲
wenku.baidu.com
锂离子电池隔膜简介 锂离子电池隔膜生产工艺 隔膜市场现状 隔膜部分生产设备
隔膜简介
在锂离子电池中，隔膜的作用主要有两个 方面：一方面起到分隔正、负极，防止短路 的作用；另一方面，隔膜能够让锂离子通过， 形成充放电回路。 隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放 电容量、循环使用寿命以及安全性能。隔膜 越薄，孔隙率越高，电池内阻越小，高倍率 放电性能越好，性能优异的隔膜对提高电池 的综合性能具有重要的作用。
③浸润度
为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，这与隔膜材料本身和隔膜的 表面及内部微观结构相关。 粗略判断：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 。 精确判断：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
锂离子电池隔膜性能参数
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， EV/HEV 使用的是厚度为 40 微米左右 的隔膜。
用这种方法生产的隔膜 具有扁长的微孔结构， 由于只进行单向拉伸， 隔膜的 横向强度比较差 , 但正是由于没有进行横 向拉伸 , 横向几乎没有热 收缩。
干法单拉 PP 的微孔结构 （20,000倍）
造孔工程技术
干法双向拉伸工艺 干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在 20世纪 90 年 代 初 开 发 出 的 具 有 自 主 知 识 产 权 的 工 艺 （CN1062357）。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的 β 晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉 伸过程中发生晶型转变形成微孔。 微孔尺寸分布均匀 膜厚度范围宽 横向拉伸强度好 抗穿刺强度高 更适合动力电池
⑨孔隙率
锂离子电池隔膜生产工艺
基体材料
聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相 对廉价的特点。隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯 材料和添加剂。隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以 及与电解液的浸润度有直接的联系。尽管近年来有研究 用聚偏氟乙烯、纤维素复合膜等材料制备锂离子电池隔 膜，但至今商品化的电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、 聚丙烯微孔膜。
锂离子电池隔膜作用示意图
锂离子电池隔膜实物图
锂离子电池对隔膜的要求
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，电化学稳定性好； ④ 对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿 能力； ⑤ 具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸 强度等； 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。
造孔工程技术
单向拉伸工艺 干法 双向拉伸工艺 生产工艺
湿法
造孔工程技术
干法单向拉伸工艺 干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备 出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获 得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形 成微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。 该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟， 现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产 单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。由于受国外专利 保护及知识产权方面的制约，国内采用单向拉伸方法制备 隔膜的工业化进展很慢。
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。
⑤孔径
防止电极颗粒直接通过隔膜 ，要求隔膜孔径为 0.010.1μ m, 小 于 0.01μ m 时 ， 锂 离 子 穿 透 能 力 太 小 ， 大 于 0.1μ m时，电池内部枝晶生成时电池易短路。
⑦热稳定性
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%。
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。 大多数锂离子电池隔膜孔隙率在30%-50%之间。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。
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。 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。
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。 Gurley 数 ：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。与隔膜装配的电池的内阻 成正比，即该数值越大，则内阻越大。 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。
培训教程
锂离子电池隔膜基础知识
Editor: Frank Veken_Baowang
1
教程大纲
wenku.baidu.com
锂离子电池隔膜简介 锂离子电池隔膜生产工艺 隔膜市场现状 隔膜部分生产设备
隔膜简介
在锂离子电池中，隔膜的作用主要有两个 方面：一方面起到分隔正、负极，防止短路 的作用；另一方面，隔膜能够让锂离子通过， 形成充放电回路。 隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放 电容量、循环使用寿命以及安全性能。隔膜 越薄，孔隙率越高，电池内阻越小，高倍率 放电性能越好，性能优异的隔膜对提高电池 的综合性能具有重要的作用。
③浸润度
为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，这与隔膜材料本身和隔膜的 表面及内部微观结构相关。 粗略判断：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 。 精确判断：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
锂离子电池隔膜性能参数
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， EV/HEV 使用的是厚度为 40 微米左右 的隔膜。
用这种方法生产的隔膜 具有扁长的微孔结构， 由于只进行单向拉伸， 隔膜的 横向强度比较差 , 但正是由于没有进行横 向拉伸 , 横向几乎没有热 收缩。
干法单拉 PP 的微孔结构 （20,000倍）
造孔工程技术
干法双向拉伸工艺 干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在 20世纪 90 年 代 初 开 发 出 的 具 有 自 主 知 识 产 权 的 工 艺 （CN1062357）。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的 β 晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉 伸过程中发生晶型转变形成微孔。 微孔尺寸分布均匀 膜厚度范围宽 横向拉伸强度好 抗穿刺强度高 更适合动力电池
⑨孔隙率
锂离子电池隔膜生产工艺
基体材料
聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相 对廉价的特点。隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯 材料和添加剂。隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以 及与电解液的浸润度有直接的联系。尽管近年来有研究 用聚偏氟乙烯、纤维素复合膜等材料制备锂离子电池隔 膜，但至今商品化的电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、 聚丙烯微孔膜。
锂离子电池隔膜作用示意图
锂离子电池隔膜实物图
锂离子电池对隔膜的要求
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，电化学稳定性好； ④ 对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿 能力； ⑤ 具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸 强度等； 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。
造孔工程技术
单向拉伸工艺 干法 双向拉伸工艺 生产工艺
湿法
造孔工程技术
干法单向拉伸工艺 干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备 出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获 得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形 成微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。 该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟， 现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产 单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。由于受国外专利 保护及知识产权方面的制约，国内采用单向拉伸方法制备 隔膜的工业化进展很慢。
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。
⑤孔径
防止电极颗粒直接通过隔膜 ，要求隔膜孔径为 0.010.1μ m, 小 于 0.01μ m 时 ， 锂 离 子 穿 透 能 力 太 小 ， 大 于 0.1μ m时，电池内部枝晶生成时电池易短路。
⑦热稳定性
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%。
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。 大多数锂离子电池隔膜孔隙率在30%-50%之间。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。