不同隔膜透气度的检测对锂离子电池的影响

发布日期：2023-08-25 浏览次数：248

不同隔膜透气度的检测对锂离子电池的影响

锂离子电池隔膜性能的优劣决定着锂离子电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性，要求隔膜具有合适的厚度、离子透过率、孔径和孔隙率及足够的化学稳定性、热稳定性和力学稳定性等。目前市场主要应用隔膜为PP、PE、PP/PE/PP等。本文对比了湿法隔膜不同孔隙率、不同厚度对锂离子电池电性能的影响，此外还对比了干法隔膜与湿法隔膜之间的电性能差别。

PE/PP隔膜制备

为了得到不同孔隙率、不同厚度的PE/PP 隔膜，本文使用星源材质建造的商业生产线。图1(a)为湿法隔膜工艺图，将聚乙烯(PE)粉和石蜡油按一定比例混合、加热后经模头挤出，通过冷却相分离制造出微孔，压制得膜片，再将膜片加热至接近熔点温度，经过双向拉伸、萃取石蜡油后得到孔结构均匀一致的隔膜，分别记为隔膜A、B、C、D、E。图1(b)为干法隔膜工艺图，将PP粉用挤出、流延制备出特殊结晶排列的高取向膜，低温拉伸诱发微缺陷，高温拉伸扩大微孔，所制得隔膜为F。

透气性是表征隔膜气体透过能力的一个指标，能够间接地反映离子的透过性，隔膜行业通常用Gurley值作为评判标准，是指将隔膜置于透气度检测仪内，一定体积的空气在一定的压力下透过规定面积隔膜的时间。

目前隔膜行业中多采用日本工业标准，即在1.22kPa压力下测试100mL空气通过1平方英 寸隔膜所需要的时间。因此，Gurley值的大小与气体的透过性成负相关。Gurley值的检 测可以参照 ASTM D726-94(2003)《Startdard Test Method for Resistance of Nonporous Paper to Passage of Air)，ISO 5636-5：2013《Paper and Board Determ ination of Air Perm eance(Medium Range)Part5：Gurley Method》等标准，通常使用Gurley 4110N型透气度检测仪进行检测。此外，常用的检测标准还有 ISO 15105-1：2007《Plastics-Film and Sheeting-Determination of Gas-transmission Rate-Part 1：Diferential pressure Methods》，GB／T1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》，ASTM D1434-82（2003)《Standard Test Method for Determining Gas Permeability Characteristics of Plastic Film and Sheeting》等。

各标准的测试方法有一定差别，但其原理基本相同，仅气体透过量有差别，因此执行不同标准测试所得结果仍可通过换算得到统一的数据进行对比。根据USABC的标准，Gurley值应要求小于35s/10立方零米。此外，因为Gurley值的大小依赖于空气通过隔膜中多孔结构流动的方式，所以能够从一定程度上反映隔膜内部孔隙的曲折程度，当隔膜的孔隙率和厚度都确定时，通过比较Gurley值可以大致评估隔膜孔隙的曲折度。同时文献也表明透气度均一、稳定的隔膜对提升电池的使用性能具有重要意义。