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鋰電池隔膜的基本參數(shù)及物理意義
閱讀：1281 發(fā)布時(shí)間：2023-2-10鋰電池隔膜的基本參數(shù)及物理意義
電池隔膜最主要的功能是分隔電池中的正負(fù)極板，防止正負(fù)極板直接接觸產(chǎn)生短路，同時(shí)，由于隔膜中具有大量貫通的微孔，電池中的正負(fù)離子可以在微孔中自由通過(guò)，在正負(fù)極板之間遷移形成電池內(nèi)部導(dǎo)電回路，而電子則通過(guò)外部回路在正負(fù)電極之間遷移形成電流，供用電設(shè)備利用。
隔膜對(duì)電池性能的影響
鋰離子電池用隔膜，基本參數(shù)
1、厚度
（1）定義
指隔膜的厚度，隔膜厚度的均勻性是一個(gè)特別重要的質(zhì)量指標(biāo)，它直接影響膜片線圈的外部質(zhì)量和內(nèi)部性能，生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán)格把控。在自動(dòng)化程度很高的隔膜生產(chǎn)線上，隔膜厚度都是采用精度很高的在線非接觸式測(cè)厚儀及快速反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)膜片厚度的自動(dòng)測(cè)量和控制。隔膜的厚度均勻性包括縱向厚度均勻性和橫向厚度均勻性，其中橫向厚度均勻性尤為重要，一般均要求控制在±1um以?xún)?nèi)。
對(duì)于動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，隔膜越薄，溶劑化鋰離子穿越時(shí)遇到的阻力越小，離子傳導(dǎo)性越好，阻抗越低，但隔膜太薄時(shí)， 其保液能力和電子絕緣性降低，也會(huì)對(duì)電池性能帶來(lái)不利的影響。隔膜厚度越厚，能卷繞的層數(shù)就越少，相應(yīng)容量也就會(huì)降低；較厚的產(chǎn)品，穿刺強(qiáng)度會(huì)稍高，安全性會(huì)高一些；同樣孔隙率的情況下，越厚的產(chǎn)品，其透氣率會(huì)稍差，使得電池的內(nèi)阻會(huì)高一點(diǎn)。而對(duì)裝配過(guò)程的機(jī)械要求，往往需要更厚的隔膜，當(dāng)然對(duì)于動(dòng)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(shí)意味著更好的安全性。
影響電池性能：安全性、容量、內(nèi)阻
濟(jì)南容乾智能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的機(jī)械接觸式測(cè)厚儀能夠精確的測(cè)量電池隔膜的厚度！
技術(shù)參數(shù)：
測(cè)量范圍：0-5mm(可根據(jù)需要定做合適夾具)
測(cè)量壓力：17.5±1kPa（薄膜）；100±1kPa（紙張）
分辨率：0.1um
能量損失：50mm2（薄膜），200mm2（紙張）注：紙張需定制
測(cè)量速度：100組
接觸面積：10c/min(可調(diào))
外形尺寸：450mm×340mm×390mm
電源：AC220V50Hz
凈重：23kg
2、拉伸強(qiáng)度
抗拉強(qiáng)度，是指隔膜在純拉伸力的作用下，斷裂前所能承受的更大力值與測(cè)試隔膜截面積的比值，抗拉強(qiáng)度越大，隔膜在外力作用下發(fā)生的破損與斷裂的幾率就會(huì)降低。縱向強(qiáng)度要達(dá)到100mP以上，橫向強(qiáng)度不能太大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致橫向收縮率增大。足夠的拉伸強(qiáng)度可以防止隔膜變形，拉伸強(qiáng)度與制膜的工藝有關(guān)。采用單軸拉伸，隔膜在拉伸方向上與垂直方向強(qiáng)度不同；而采用雙軸拉伸時(shí)隔膜，隔膜在兩個(gè)方向上一致性會(huì)相近。一般拉伸強(qiáng)度主要是指縱向強(qiáng)度要達(dá)到100MP以上，橫向強(qiáng)度不能太大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致橫向收縮率增大，這種收縮會(huì)加大鋰電池廠家正、負(fù)極接觸的幾率。
濟(jì)南容乾智能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的萬(wàn)能電子拉力試驗(yàn)機(jī)能夠精確的測(cè)試出隔膜的拉伸強(qiáng)度！
技術(shù)參數(shù)：
量程：10N 50N 500N 1500N 2000N(可選其一或多支)
試驗(yàn)速度：0.02-500mm/min無(wú)級(jí)調(diào)速
位移誤差：±1%
試驗(yàn)寬度：50mm（其他夾具可定制）
行程：1000mm
主機(jī)外形尺寸：500mm（L）× 500mm（B）× 1520mm（H）
重量：133kg
環(huán)境溫度：23±2℃
相對(duì)濕度：不超過(guò)80%，無(wú)凝露
工作電源：220V 50Hz
3、隔膜抗穿刺的能力
穿刺強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：耐穿刺性能，通常用施加在針形物刺穿試樣的更大力值作為隔膜耐穿刺性的評(píng)估指標(biāo)。在一定的速度（每分鐘3-5米）下，讓一個(gè)沒(méi)有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環(huán)狀固定的隔膜，為穿透隔膜所施加在針上的更大力就稱(chēng)為穿刺強(qiáng)度。同樣的，由于測(cè)試的時(shí)候所用的方法和實(shí)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(qiáng)度不是特別合理，但在微結(jié)構(gòu)一定的情況下，相對(duì)來(lái)說(shuō)穿刺強(qiáng)度高的，其裝配不良率低。足夠的穿刺強(qiáng)度可以防止鋰枝晶、極片毛刺刺穿隔膜造成短路，抗穿刺強(qiáng)度值一般在300-500g。隔膜的耐穿刺力可作為反映隔膜裝配中發(fā)生短路的趨勢(shì)指標(biāo)，是鋰離子電池隔膜安全性的重要指標(biāo)之一。
影響電池性能：短路率、安全性
濟(jì)南容乾智能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的薄膜穿刺力測(cè)試儀
技術(shù)參數(shù)：
1測(cè)試量程：10N～1000N
測(cè)試精度：0.5級(jí)
測(cè)試行程：600mm
試驗(yàn)速度：0.05-500mm/min（無(wú)級(jí)變速）任意可調(diào)
位移精度：0.01mm
試樣寬度：0～15mm
電源：AC 220V 50Hz
外形尺寸：420mm×410mm×1020mm
凈重：81kg
4、透氣率
電池隔膜透氣性是厚度、孔曲折度、孔徑、孔隙率等結(jié)構(gòu)因素共同影響的結(jié)果。透氣率和用此隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比，即該數(shù)值越大，則內(nèi)阻越大。鋰離子電池中的內(nèi)阻和離子傳導(dǎo)有關(guān)，而透氣率和氣體傳導(dǎo)有關(guān)，兩種機(jī)理是不一樣的。同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小能很好的反應(yīng)出內(nèi)阻的大小，因?yàn)橥环N隔膜相對(duì)來(lái)說(shuō)微觀結(jié)構(gòu)是一樣的或可比較的。而不同的隔膜不能這樣對(duì)比，其微觀結(jié)構(gòu)可能不同。
影響電池性能：內(nèi)阻
濟(jì)南容乾智能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電池隔膜透氣性測(cè)試儀
技術(shù)參數(shù)：
測(cè)量范圍：1-10000s、0.01-2.5um/(Pa.s)
分 辨 率：0.001um/(Pa.s)
透過(guò)速率：0.01-120ml/min（其他范圍可選）
壓差范圍：0-3KPa，精度：±0.01kPa（其他范圍可選）
有效壓差：1.23kpa
試樣尺寸：50mm×50mm
有效面積：161.25px2
樣品溫濕處理
A.預(yù)處理：<40℃,10-35%RH 的大氣條件，靜置 24h
B.前后間隔 1h 稱(chēng)重之差不大于總質(zhì)量的 0.25%,試樣平衡
儀器尺寸 400*350*480mm
電源功率 220V,50Hz、100w
重 量 28kg
5、浸潤(rùn)度
浸潤(rùn)性可通過(guò)測(cè)定其吸液率和持液率來(lái)衡量：取典型電解液（如EC：DMC=1:1，1M LiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴會(huì)迅速消失被隔膜吸收，如果是則說(shuō)明浸潤(rùn)性基本滿(mǎn)足要求。更準(zhǔn)確的測(cè)試可以用超高時(shí)間分辨的攝像機(jī)記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過(guò)程，計(jì)算時(shí)間，通過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)比較兩種隔膜的浸潤(rùn)度。浸潤(rùn)度一方面?zhèn)€隔膜材料本身相關(guān)，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
常用單位：g/m2
影響電池性能：內(nèi)阻、容量
6、、化學(xué)穩(wěn)定性
隔膜的使用環(huán)境是一個(gè)化學(xué)環(huán)境，電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物，因此要求隔膜耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，不與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不能影響電解液的化學(xué)性質(zhì)。經(jīng)過(guò)若干年的工業(yè)化檢驗(yàn)，目前市場(chǎng)上供應(yīng)的隔膜用材料 PE 或PP 是滿(mǎn)足化學(xué)惰性要求的。
7、孔徑
過(guò)大的孔徑有可能導(dǎo)致隔膜穿孔形成電池微短路，致使自放電率增大；孔徑太小會(huì)增加電阻；孔徑分布不均，則電池內(nèi)部電流密度不一致，長(zhǎng)期下去會(huì)形成局部枝晶，刺穿隔膜；一般選用亞微米孔徑的隔膜。
影響電池性能：內(nèi)阻、短路率，電導(dǎo)率；
8、孔隙率
孔隙率是單體膜的體積中孔的體積百分率，它與原料樹(shù)脂及膜的密度有關(guān)，反映隔膜內(nèi)部微孔數(shù)量，目前，鋰離子電池用隔膜的孔隙率為40%-50%左右。孔隙率的大小和內(nèi)阻有一定的關(guān)系，但不同種隔膜之間的空隙率的值無(wú)法直接比較。高性能的鋰離子電池隔膜依賴(lài)于隔膜中填充的液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性。對(duì)于相同的電解質(zhì)，高的孔隙率降低了電池的阻抗，但也降低了膜的機(jī)械強(qiáng)度。
隔膜的孔隙結(jié)構(gòu)
典型值：40~60%
影響電池性能：內(nèi)阻