锂离子电池隔膜

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。
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
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。
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。
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。
教程大纲



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。
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。
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。
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Fra Baidu bibliotek
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。
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。
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