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1隔膜的定義

廈門(mén)8月25 2023鋰電新能源技術(shù)與新材料發(fā)展研討會(huì)

隔膜是離子電池的重要組成部分，它位于電池內(nèi)部正負(fù)極之間，保證理離子通過(guò)的同時(shí)，阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。

2對(duì)隔膜的要求

根據(jù)特定的電池和應(yīng)用選擇隔膜時(shí)，必須考慮幾點(diǎn)因素，權(quán)衡每種隔膜的特點(diǎn)和使用要求，基本要求隔膜具有如下特點(diǎn):

①電子絕緣性；

②易被電解液浸潤(rùn)，且電解液浸潤(rùn)后的電阻最?。?br />
③力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好;

④對(duì)電解液、雜質(zhì)、正負(fù)極反應(yīng)物具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性 :

⑤能夠有效阻止兩極間粒子、膠體或可溶物的遷移。

此外根據(jù)電池應(yīng)用不同，可調(diào)整要求，總之是性能良好、安全性高和成本低。

3隔膜的種類

鋰離子電池隔膜的分類

根據(jù)物理、化學(xué)特性的差異，電池隔膜可以分為:織造膜、非織造膜(無(wú)紡布)、微孔膜、復(fù)合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。

雖然類型繁多，至今商品化理電池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

由于鋰在水溶劑會(huì)發(fā)生反應(yīng)，且非水電解質(zhì)在高電壓下穩(wěn)定，故所有鉀電池采用的都是非水電解質(zhì)，鯉離子二次電池可分為三類，其對(duì)應(yīng)的隔膜材質(zhì)大致如下:

1.液態(tài)電解液型電池(聚烯烴 PE、PP、PP/PE/PP)

2.凝膠電解質(zhì)（聚合物和液態(tài)混合型）型電池（聚偏氟乙烯或聚烯烴）

3.固態(tài)電解質(zhì)型電池( 局環(huán)氧乙烷-鋰鹽）

PP/PE/PP的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

由于聚烯烴出色的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性及成本不高，被廣泛使用其中以PP、PE及兩者混合PP/PE/PP使用較多。其厚度約20~幾百um，孔徑在0.05~0.5μm。

PE：熔點(diǎn)低使其具有熱保險(xiǎn)的作用。當(dāng)溫度接近聚合物熔點(diǎn)時(shí)，隔膜的孔閉合，能完全或部分切斷電池內(nèi)部電流，阻止電池內(nèi)部繼續(xù)產(chǎn)生焦耳熱，提高電池安全性。

PP：熔點(diǎn)165C較PE(135C)高，即使PE融化閉孔，電流阻斷，高熔點(diǎn)的PP扔保持了隔膜的結(jié)構(gòu)完整性。

陶瓷隔膜的特點(diǎn)

將柔韌的聚烯烴隔膜和具有化學(xué)、熱力學(xué)電阻等優(yōu)勢(shì)的親水陶瓷材料結(jié)合在一起就形成了陶瓷隔膜。

陶瓷材料，例如鋁、硅、鋅都被涂覆和固化在光滑的基體表面。陶瓷隔膜具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、出色的化學(xué)惰性和良好的潤(rùn)濕性此外，還有的研究在基體表面涂覆金屬氧化物溶膠-凝膠層、聚合物、表面活性劑、親水單體等等。

4隔膜的制備工藝

主要分為兩種，干法和濕法。

濕法(相轉(zhuǎn)變工藝)：濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將液態(tài)烴或小分子物質(zhì)與聚燒烴樹(shù)脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進(jìn)行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時(shí)間用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑，制備出相互貫通的微孔膜典型的濕法工藝公司包括旭化成、東燃、三菱化學(xué)、日東電工公司濕法工藝的不足之處在于，要處理大量用過(guò)的溶劑，而對(duì)這些溶劑的回收很困難。

干法：基本流程是熔聚烯烴樹(shù)脂、擠出成膜、制成結(jié)晶性聚合物膜，經(jīng)過(guò)結(jié)晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶面進(jìn)行剝離形成多孔結(jié)構(gòu)，可以增加薄膜的孔徑。

干法工藝不需要任何溶劑，在技術(shù)上時(shí)很簡(jiǎn)便的。干法工藝典型公司有日本宇部Celgard等

單向拉伸的隔膜僅在一個(gè)方向上具有較高強(qiáng)度，而雙向拉伸的薄膜在縱向和橫向上都有較高強(qiáng)度。但是使用上，雙向拉伸的隔膜并不太多，因?yàn)槠錂M向方向在高溫下的收縮易導(dǎo)致正負(fù)極短路。

5隔膜的表征

隔膜的表征主要通過(guò)結(jié)構(gòu)特性和功能特性兩個(gè)角度結(jié)構(gòu)特性包括化學(xué)分子和微晶的性質(zhì)、厚度、孔徑、孔徑分布、孔隙率和其他相關(guān)的化學(xué)和物理性質(zhì)，如化學(xué)穩(wěn)定性和吸液能力。

功能特性包括電阻率、滲透性、離子傳輸能力等。每個(gè)特性參數(shù)都對(duì)隔膜的性能有很大的影響(自行了解)，需要選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)。

6總結(jié)

1.隔膜越薄越好，電池容量越高

2.離子傳輸和阻止電子傳導(dǎo)。

3.物理化學(xué)性能好，不易折損，耐化學(xué)腐蝕。

隔膜是一種阻礙電子的隔膜，同時(shí)要求通過(guò)控制其厚度和孔隙達(dá)到符合要求的離子傳輸率，沒(méi)有完美的隔膜，只有最合適的隔膜。低成本、高性能、更安全的隔膜始終是隔膜的研發(fā)方向 !

原標(biāo)題：一文帶你看懂"鋰電池隔膜"