鋰離子電池隔膜的性能要求

1、具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；

2、有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過性；

3、耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，這是由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物；

4、具有良好的電解液的浸潤(rùn)性，并且吸液保濕能力強(qiáng)；

5、力學(xué)穩(wěn)定性高，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能小；

鋰離子電池隔膜作為鋰離子電池四大重要材料之一，一般是絕緣性較好的材料，供應(yīng)鋰離子在電解液中的遷移通道。隔膜的性能參數(shù)對(duì)電池性能影響重大，例如在常用的商用隔膜材料中，材料的厚度直接影響電池內(nèi)阻，孔隙大小和分布將會(huì)影響傳輸鋰離子性能等，因此制備高性能隔膜材料關(guān)于電池的性能發(fā)揮和實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。影響鋰離子電池隔膜性能的重要因素包括隔膜化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度、孔隙率大小及潤(rùn)濕性、安全保護(hù)的自關(guān)閉性能等幾個(gè)方面。

⑴力學(xué)強(qiáng)度

隔膜在電池結(jié)構(gòu)及充放電反應(yīng)過程中要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。隔膜的一個(gè)重要用途是將正負(fù)極反應(yīng)隔開，假如隔膜皺縮或破裂導(dǎo)致電解液滲透，就會(huì)發(fā)生電池短路，具有很大的安全隱患，因此隔膜要有一定的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。鋰離子電池在充電過程中鋰離子被還原生成金屬鋰枝晶，這就要求隔膜材料要有一定的抗穿刺強(qiáng)度。另外，隔膜材料也應(yīng)該具有一定的拉伸強(qiáng)度，鋰離子電池在反應(yīng)過程中會(huì)放出或吸收熱量，隔膜會(huì)發(fā)生相應(yīng)的漲縮，假如隔膜的拉伸強(qiáng)度不夠，就會(huì)造成隔膜破損，也會(huì)導(dǎo)致短路發(fā)生。

⑵熱極定性

由于鋰離子電池中電解質(zhì)溶液除了水溶劑，還會(huì)采用有機(jī)溶劑和非水電解液，因此隔膜應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能，能夠在電池多次充放電過程中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的完整性與反應(yīng)的穩(wěn)定性。此外，鋰離子電池在充放電反應(yīng)中會(huì)放熱，電池在持續(xù)工作時(shí)溫度會(huì)升高，隔膜的熱穩(wěn)定性能夠保證在電池長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)減少收縮形變量，防止電池皺縮導(dǎo)致的正負(fù)極接觸而導(dǎo)致電池短路。

⑶孔隙分布及孔隙率

隔膜為了保持鋰離子良好的透過能力，材料要具備一定大小的孔隙，并保證低電阻和高離子傳導(dǎo)率。孔隙大小將影響電池內(nèi)阻及電池的安全性。孔隙太小會(huì)使離子穿透率減低而增大電池內(nèi)阻，孔隙過大則會(huì)導(dǎo)致電池正負(fù)極接觸概率增大易導(dǎo)致短路，起不到隔膜的效果。優(yōu)良的鋰離子電池隔膜應(yīng)保證孔隙大小合適、分布均勻，不然會(huì)導(dǎo)致局部電流過大或過小，影響電池性能。

⑷其他性能

此外，隔膜的自關(guān)閉技能在電池安全性方面至關(guān)重要。自關(guān)閉機(jī)理要求隔膜在過載大量放熱，溫度升高過高，接近材料熔點(diǎn)時(shí)隔膜結(jié)構(gòu)中孔隙閉合，成功隔絕離子穿梭，停止正負(fù)極反應(yīng)形成斷路，以在過熱情況下防止電池爆炸。隔膜的浸潤(rùn)性也是評(píng)價(jià)隔膜性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，為保證離子的順利傳輸，隔膜要和電解液充分接觸，有良好的浸潤(rùn)性、與電解液的滲透能力和離子穿透能力。