锂电池隔膜的基本参数及物理意义
时间：2023-02-10 阅读：1256
锂电池隔膜的基本参数及物理意义
电池隔膜最主要的功能是分隔电池中的正负极板，防止正负极板直接接触产生短路，同时，由于隔膜中具有大量贯通的微孔，电池中的正负离子可以在微孔中自由通过，在正负极板之间迁移形成电池内部导电回路，而电子则通过外部回路在正负电极之间迁移形成电流，供用电设备利用。
隔膜对电池性能的影响
锂离子电池用隔膜，基本参数
1、厚度
（1）定义
指隔膜的厚度，隔膜厚度的均匀性是一个特别重要的质量指标，它直接影响膜片线圈的外部质量和内部性能，生产过程中必须严格把控。在自动化程度很高的隔膜生产线上，隔膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪及快速反馈控制系统，实现膜片厚度的自动测量和控制。隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性，其中横向厚度均匀性尤为重要，一般均要求控制在±1um以内。
对于动力电池来说，隔膜越薄，溶剂化锂离子穿越时遇到的阻力越小，离子传导性越好，阻抗越低，但隔膜太薄时， 其保液能力和电子绝缘性降低，也会对电池性能带来不利的影响。隔膜厚度越厚，能卷绕的层数就越少，相应容量也就会降低；较厚的产品，穿刺强度会稍高，安全性会高一些；同样孔隙率的情况下，越厚的产品，其透气率会稍差，使得电池的内阻会高一点。而对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。
影响电池性能：安全性、容量、内阻
济南容乾智能技术有限公司生产的机械接触式测厚仪能够精确的测量电池隔膜的厚度！
技术参数：
测量范围：0-5mm(可根据需要定做合适夹具)
测量压力：17.5±1kPa（薄膜）；100±1kPa（纸张）
分辨率：0.1um
能量损失：50mm2（薄膜），200mm2（纸张）注：纸张需定制
测量速度：100组
接触面积：10c/min(可调)
外形尺寸：450mm×340mm×390mm
电源：AC220V50Hz
净重：23kg
2、拉伸强度
抗拉强度，是指隔膜在纯拉伸力的作用下，断裂前所能承受的更大力值与测试隔膜截面积的比值，抗拉强度越大，隔膜在外力作用下发生的破损与断裂的几率就会降低。纵向强度要达到100mP以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大。足够的拉伸强度可以防止隔膜变形，拉伸强度与制膜的工艺有关。采用单轴拉伸，隔膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同；而采用双轴拉伸时隔膜，隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大，这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。
济南容乾智能技术有限公司生产的万能电子拉力试验机能够精确的测试出隔膜的拉伸强度！
技术参数：
量程：10N 50N 500N 1500N 2000N(可选其一或多支)
试验速度：0.02-500mm/min无级调速
位移误差：±1%
试验宽度：50mm（其他夹具可定制）
行程：1000mm
主机外形尺寸：500mm（L）× 500mm（B）× 1520mm（H）
重量：133kg
环境温度：23±2℃
相对湿度：不超过80%，无凝露
工作电源：220V 50Hz
3、隔膜抗穿刺的能力
穿刺强度测试标准：耐穿刺性能，通常用施加在针形物刺穿试样的更大力值作为隔膜耐穿刺性的评估指标。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更大力就称为穿刺强度。同样的，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。足够的穿刺强度可以防止锂枝晶、极片毛刺刺穿隔膜造成短路，抗穿刺强度值一般在300-500g。隔膜的耐穿刺力可作为反映隔膜装配中发生短路的趋势指标，是锂离子电池隔膜安全性的重要指标之一。
影响电池性能：短路率、安全性
济南容乾智能技术有限公司生产的薄膜穿刺力测试仪
技术参数：
1测试量程：10N～1000N
测试精度：0.5级
测试行程：600mm
试验速度：0.05-500mm/min（无级变速）任意可调
位移精度：0.01mm
试样宽度：0～15mm
电源：AC 220V 50Hz
外形尺寸：420mm×410mm×1020mm
净重：81kg
4、透气率
电池隔膜透气性是厚度、孔曲折度、孔径、孔隙率等结构因素共同影响的结果。透气率和用此隔膜装配的电池的内阻成正比，即该数值越大，则内阻越大。锂离子电池中的内阻和离子传导有关，而透气率和气体传导有关，两种机理是不一样的。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。而不同的隔膜不能这样对比，其微观结构可能不同。
影响电池性能：内阻
济南容乾智能技术有限公司生产的电池隔膜透气性测试仪
技术参数：
测量范围：1-10000s、0.01-2.5um/(Pa.s)
分 辨 率：0.001um/(Pa.s)
透过速率：0.01-120ml/min（其他范围可选）
压差范围：0-3KPa，精度：±0.01kPa（其他范围可选）
有效压差：1.23kpa
试样尺寸：50mm×50mm
有效面积：161.25px2
样品温湿处理
A.预处理：<40℃,10-35%RH 的大气条件，静置 24h
B.前后间隔 1h 称重之差不大于总质量的 0.25%,试样平衡
仪器尺寸 400*350*480mm
电源功率 220V,50Hz、100w
重 量 28kg
5、浸润度
浸润性可通过测定其吸液率和持液率来衡量：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，如果是则说明浸润性基本满足要求。更准确的测试可以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，通过时间的长短来比较两种隔膜的浸润度。浸润度一方面个隔膜材料本身相关，另一方面个隔膜的表面及内部微观结构密切相关。
常用单位：g/m2
影响电池性能：内阻、容量
6、、化学稳定性
隔膜的使用环境是一个化学环境，电解质的溶剂为强极性的有机化合物，因此要求隔膜耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性，不与电解液发生化学反应，也不能影响电解液的化学性质。经过若干年的工业化检验，目前市场上供应的隔膜用材料 PE 或PP 是满足化学惰性要求的。
7、孔径
过大的孔径有可能导致隔膜穿孔形成电池微短路，致使自放电率增大；孔径太小会增加电阻；孔径分布不均，则电池内部电流密度不一致，长期下去会形成局部枝晶，刺穿隔膜；一般选用亚微米孔径的隔膜。
影响电池性能：内阻、短路率，电导率；
8、孔隙率
孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率，它与原料树脂及膜的密度有关，反映隔膜内部微孔数量，目前，锂离子电池用隔膜的孔隙率为40%-50%左右。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值无法直接比较。高性能的锂离子电池隔膜依赖于隔膜中填充的液体电解质的离子传导性。对于相同的电解质，高的孔隙率降低了电池的阻抗，但也降低了膜的机械强度。
隔膜的孔隙结构
典型值：40~60%
影响电池性能：内阻