锂离子电池隔膜基础课件.ppt
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- 锂离子电池 隔膜 基础 课件
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1、锂离子电池隔膜 应用于锂离子电池的聚烯烃隔膜应用于锂离子电池的聚烯烃隔膜主要内容o1.隔膜的性质及测试方法。o2.隔膜的制造工艺o3.隔膜的发展及市场情况1.隔膜应具备的基本性质1.使正负极材料避免物理接触,防止短路;2.易于润湿,具有良好的保液能力;3.具有电解液离子的透过性和低的离子电阻;4.具有化学和电化学稳定性;5.隔膜尽可能薄;6.隔膜保证要有一定的强度,并具有足够的物理机械性能的耐久性;7.隔膜不含有电解液能溶解的颗粒和金属及对电池有害的物质。隔膜作用1.将电池的正负极隔离以防止短路2.吸附电池中电化学反应进行必须的的电解质溶液,确保有高的离子电导率3.保证在电池发生异常时为提高电
2、池的安全性而附加的使电池反应停止的功能对隔膜的要求:oa.有一定的机械强度,保证在电池变形条件下不破裂;ob.具有良好的离子透过能力,以降低电池内阻;oc.优良的电子绝缘性,以保证电极间有效的隔离;od.具备抗化学及电化学腐蚀的能力,在电解液中稳定性好;oe.吸收电解液的能力强;of.成本低,适于大规模工业化生产;og.杂质含量少,性能均匀。1.1隔膜的结构特性(1)厚度。锂离子电池隔膜的厚度一般25m。在保证一定的机械强度的前提下,隔膜的厚度越薄越好。现在,新型的高能电池大都采用膜厚 20m或16m的单层隔膜;电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)所用电池的隔膜在40m左右,这是电池大电流
3、放电和高容量的需要,而且隔膜越厚,其机械强度就越好,在组装电池过程中不易短路。隔膜Celgard2320东燃旭化成宇部构造PP/PE/PPPEPEPP/PE/PP厚度25/20/1620/1620/1620(2)孔径和分布。作为电池隔膜材料,本身具有微孔结构,容许吸纳电解液;为了保证电池中一致的电极/电解液界面性质和均一的电流密度,微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径的大小与分布的均一性对电池性能有直接的影响:孔径太大,容易使正负极直接接触或易被锂枝晶刺穿而造成短路;孔径太小则会增大电阻。微孔分布不匀,工作时会形成局部电流过大,影响电池的性能。(3)孔隙率。透过性可用在一定时间和压力下通过
4、隔膜气体的量的多少来表征,主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。孔隙率对膜的透过性和电解液的容纳量非常重要。大多数商用锂离子电池隔膜的孔隙率在40-50之间。()%()wdbbWWPV式中 Wd微孔膜重量(g);Ww浸泡后重量(g);Wb正丁醇的质量(g);b正丁醇的密度(g/cm3);Vp干膜体积(cm3)将已称重的微孔膜(Wd)在正丁醇中浸泡2h后取出,用滤纸将其表面的液体轻轻吸干,再进行称重(Ww),即可得到微孔膜所吸收正丁醇的质量Wb=Ww-Wd。(4)透过性。一定条件下(压力,测定面积)一定量空气通过隔膜所需要的时间,称作Gurly值隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度
5、等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。sLd 式中:-孔的曲折度,Ls-气体或液体实际通过的路程,d-隔膜的厚度5.18GurLtd式中:tGur-Gurley值;-孔的曲折度;L-膜厚(cm);-孔隙率;d-孔径用压降仪来测量电池隔膜的透气率隔膜空气渗透性/s东燃16u152 东然20u185 celgard20u179 celgard25u231(5)SEM隔膜的表面形态结构 Celgard东燃旭化成宇部(6 6)隔膜的基重)隔膜的基重o1.截取三条长30cm的隔膜样品。o2.把这三个样品堆积并折叠放在一起。o3.称量并记录下样品的质量(毫克)。BW(mg/cm2)=重量(mg)/330cm
6、宽度(cm)基重(g/m2)东然-16u9.011.5东燃-20u11.014.0Celgard-20u 9.512.5Celgard-25u11.515.51.2隔膜的力学性能o(1)抗张强度:抗张强度:隔膜的抗张强度与膜的制作工艺有关。o拉伸强度:拉伸强度:MD MD tension,TDtension,TD tension tension 东燃隔膜的抗拉强度要小于celgard,但伸长量要大于celgard。抗拉强度均值/Mpa伸长率均值/%东然-16u132.289.64东燃-20u141.7 107.96Celgard-20u 199.6 48.06Celgard-25u205.9
7、77.16采用单轴拉伸时,膜在拉伸方向与垂直拉伸方向强度不同,而采用双轴拉伸制备的隔膜其强度在两个方向上基本一致。(2)抗刺穿强度。o 抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿给定隔膜样本的质量,它用来表征隔膜装配过程中发生短路的趋势。经验上,锂离子电池隔膜的穿刺强度至少为11.38kg/mm。由于电极是由活性物质、炭黑、增塑剂和PVDF混合后,被均匀地涂覆在金属箔片上,再经120真空干燥后制作而成的,所以电极表面是由活性物质和炭黑混合物的微小颗粒所构成的凸凹表面。被夹在正负极片间的隔膜材料,需要承受很大的压力。1.3 理化性质o(1)(1)润湿性和润湿速度。润湿性和润湿速度。隔膜的润湿性不好
8、会增加隔膜和电池的电阻,影响电池的循环性能和充放电效率。隔膜的润湿速度是指电解液进入隔膜微孔的快慢,它与隔膜的表面能、孔径、孔隙率、曲折度等特性有关。(2 2)隔膜的吸液率)隔膜的吸液率o 由于电池隔膜材料兼具电解质的功能,所以必须具备下列条件:足够的吸液率以保证离子通道畅通无阻,而且在电池体系中,不可避免的会有大量的副反应发生,消耗大量的电解液,所以必须有足够的贮备,否则就会由于电解液的缺少引起界面电阻的增加,同时还会加速电解液的消耗,这将是恶性的循环,所以吸液率是个很重要的隔膜参数。211()MMpcuptakeM式中 M1浸泡后质量(g);M2干膜质量(g)膜吸液量的测定:用电解液来测定
9、。取一小块膜,萃取增塑剂后干燥称量干重M1。然后将膜在电解液中浸泡30min,待膜充分吸收电解液后取出。用滤纸轻轻吸去膜表面的电解液,称重M2。(3)化学稳定性化学稳定性o隔膜在电解液中应当保持长期的稳定性,在强氧化和强还原的条件下,不与电解液和电极物质发应。o隔膜的化学稳定性是通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率来评价的。耐电解液腐蚀能力是将电解液加温到50后将隔膜浸渍46 h,取出洗净,烘干,最后与原干样进行比较。胀缩率是将隔膜浸渍在电解液中46 h后检测尺寸变化,求其差值百分率。(4)热稳定性热稳定性o 电池在充放电过程中会释放热量,尤其在短路或过充电的时候,会有大量热量放出。因此,当温度升
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