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18650鋰電池隔膜的性能參數

影響18650鋰電池隔膜性能的因素有:厚度、透氣率、浸潤度、化學穩定性、孔徑、穿刺強度、熱關閉溫度、孔隙率。這些因素好壞直接影響鋰電池產品的好壞。下面就來看看這些18650鋰電池隔膜的性能參數要求吧。

18650鋰電池隔膜

①厚度

對于消耗型鋰離子電池(手機、筆記本電腦、數碼相機中使用的電池),25微米的隔膜逐漸成為標準。然而,由于人們對便攜式產品的使用的日益增長,更薄的隔膜,比如說20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應用。

對于動力電池來說,由于裝配過程的機械要求,往往需要更厚的隔膜,當然對于動力用大電池,安全性也是非常重要的,而厚一些的隔膜往往同時意味著更好的安全性,EV/HEV使用的是厚度為40微米左右的隔膜。

②透氣率

MacMullin數:含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值。此數值越小越好,消耗型18650鋰離子電池的這個數值為接近8。

Gurley數:一定體積的氣體,在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所需要的時間。與隔膜裝配的電池的內阻成正比,即該數值越大,則內阻越大。

單純比較兩種不同隔膜的Gurley數是沒有意義的,因為可能兩種隔膜的微觀結構完全不一樣;但同一種隔膜的Gurley 數的大小能很好的反應出內阻的大小,因為同一種隔膜相對來說微觀結構是一樣的或可比較的。

③浸潤度

為保證電池的內阻不是太大,要求隔膜是能夠被電池所用電解液完全浸潤,這與隔膜材料本身和隔膜的表面及內部微觀結構相關。

粗略判斷:取典型電解液(如EC:DMC=1:1,1M LiPF),滴在隔膜表面,看是否液滴會迅速消失被隔膜吸收。

精確判斷:用超高時間分辨的攝像機記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程,計算時間,通過時間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。

④18650鋰電池隔膜的化學穩定性

要求隔膜在電化學反應中是惰性的,且對強還原、強氧化不活潑,機械強度不衰減,不產生雜質。一般認為,目前隔膜用材料PE或PP可滿足化學惰性要求。

⑤18650鋰電池隔膜的孔徑

防止電極顆粒直接通過隔膜,要求隔膜孔徑為0.01-

0.1um,小于0.01um時,鋰離子穿透能力太小,大于

0.1um時,電池內部枝晶生成時電池易短路。

目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級,而所使用的導電添加劑則在10納米的量級,不過很幸運的是一般碳黑顆粒傾向于團聚形成大顆粒。一般來說,亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過,當然也不排除有些電極表面處理不好,粉塵較多導致的一些諸如微短路等情況。

⑥18650鋰電池隔膜的穿刺強度

穿刺強度:在一定的速度(每分鐘3-5米)下,讓一個沒有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環狀固定的隔膜,為穿透隔膜所施加在針上的最大力。

由于測試的時候所用的方法和實際電池中的情況有很大的差別,直接比較兩種隔膜的穿刺強度不是特別合理,但在微結構一定的情況下,相對來說穿刺強度高的,其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強度,必然導致隔膜的其他性能下降。⑦熱穩定性

隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(-20℃~60℃)保持熱穩定。一般來說目前隔膜使用的PE或PP材料均可以滿足上述要求。

通常,真空條件下,90℃恒溫60分鐘,隔膜橫向縱向收縮應小于5%。

③18650鋰電池隔膜的熱關閉溫度

熱關閉溫度:將模擬電池(兩平面電極中間夾一隔膜,使用通用鋰離子電池用電解液)加熱,當內阻提高三個數量級時的溫度。

閉孔溫度:外部短路或非正常大電流通過時產生的熱量使隔膜微孔閉塞時的溫度。

熔融破裂溫度:將隔膜加熱,當溫度超過試樣熔點使試樣發生破裂時的溫度。

④18650鋰電池隔膜的孔隙率

大多數鋰離子電池隔膜孔隙率在30%-50%之間。孔隙率的大小和內阻有一定的關系,但不同種隔膜之間的空隙率的絕對值無法直接比較。

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