鉅大LARGE | 點擊量：4033次 | 2018年07月31日
鋰電池隔膜的定義是什么意思？
鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜材質是不導電的，其物理化學性質對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
鋰電池隔膜的要求
一、具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離。
二、有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過性。
三、由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學和電化學穩定性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
四、對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力。
五、具有足夠的力學性能，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡可能小。
六、空間穩定性和平整性好。
七、熱穩定性和自動關斷保護性能好。動力電池對隔膜的要求更高，通常采用復合膜。[1]
鋰離子電池隔膜的主要性能要求有：厚度均勻性、力學性能（包括拉伸強度和抗穿刺強度）、透氣性能、理化性能（包括潤濕性、化學穩定性、熱穩定性、安全性）等四大性能指標。[2]
鋰離子電池的隔膜性能
隔膜位于正極和負極之間，主要作用是將正負極活性物質分隔開，防止兩極因接觸而短路；此外在電化學反應時，能保持必要的電解液，形成離子移動的通道。隔膜材質是不導電的，電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰離子電池，由于電解液為有機溶劑體系，其隔膜要求具有以下性能。
①在電池體系內，其化學穩定性要好，所用材料能耐有機溶劑。
②機械強度大，使用壽命長。
③有機電解液的離子電導率比水溶液體系低，為了減少電阻，電極面積必須盡可能大，因此隔膜必須很薄。
④當電池體系發生異常時，溫度升高，為防止產生危險，在快速產熱溫度(120～140℃)開始時，熱塑性隔膜發生熔融，微孔關閉，變為絕緣體，防止電解質通過，從而達到遮斷電流的目的。
⑤從鋰電池的角度而言，要能被有機電解液充分浸漬，而且在反復充放電過程中能保持高度浸漬。
電池中常用的隔膜材料一般是用纖維素或編織物、合成樹脂制得的多微孔膜。鋰離子電池一般采用高強度、薄膜化的聚烯烴系多孔膜，常用的隔膜有聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)微孔隔膜，以及丙烯與乙烯的共聚物、聚乙烯均聚物等。
鋰離子電池的廣泛應用
近年來，將聚合物電解質用于鋰離子電池已實現了商品化，聚合物電解質在鋰離子電池中既是離子遷移的通道，又起到正負極材料間的隔膜作用。聚合物電解質可分為固體聚合物電解質及凝膠聚合物電解質，作為實用的聚合物電解質隔膜必須滿足以下幾個必要條件：①具有高的離子電導率，以降低電池內阻；②鋰離子的傳遞系數基本不變，以消除濃度極化；③可以忽略的電子導電性，以保證電極間有效的隔離；④電極材料有高的化學和電化學穩定性；⑤低廉的價格，合適的化學組成，保證對環境友好。
由于固體聚合物電解質室溫電導率較低，難于商品化。凝膠聚合物電解質通過固定在聚合物網絡中的液體電解質分子實現離子傳導，既有固體聚合物的穩定性，又有液態電解質的高離子傳導率，顯示出良好的應用前景。
將聚合物電解質與聚乙烯、聚丙烯膜一起組成聚合物鋰離子電池隔膜，膠體聚合物覆蓋或填充在微孔膜中，與無隔膜的聚合物電解質鋰離子電池相比，具有更優越的性能，如：①內部短路時能提供更好的保護；②可以減少電解質層的厚度；③過度充電時可提供足夠的安全性；④有較好的力學性能及熱穩定性。可以看出，聚乙烯、聚丙烯膜由于其特殊的結構與性能，在離子電池隔膜中占有很重要的地位，除非有真正的不含液體的聚合物電解質出現。
根據不同的物理、化學特性，鋰電池隔膜材料可以分為：織造膜、非織造膜（無紡布）、微孔膜、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優異的力學性能、化學穩定性和相對廉價的特點，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開發初期便被用作鋰電池隔膜。盡管近年來有研究用其他材料制備鋰電池隔膜，如采用相轉化法以聚偏氟乙烯（PVDF）為本體聚合物制備鋰電池隔膜，研究纖維素復合膜作為鋰電池隔膜材料等。然而，至今商品化鋰電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。市場化的隔膜材料主要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）為主的聚烯烴（Polyolefin）類隔膜，其中PE產品主要由濕法工藝制得，PP產品主要由干法工藝制得。至于PE和PP這兩種材料的特性。
總體而言：
①PP相對更耐高溫，PE相對耐低溫；
②PP密度比PE小；
③PP熔點和閉孔溫度比PE高；
④PP制品比PE脆；
⑤PE對環境應力更敏感。
主要的隔膜材料產品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等，其中前兩類產品主要用于3C小電池領域，后幾類產品主要用于動力鋰電池領域。在動力鋰電池用隔膜材料產品中，雙層PP/PP隔膜材料主要由中國企業生產，在中國大陸使用，這主要是因為目前階段還沒有中國企業能將PP與PE制成雙層復合膜的技術和能力。而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產品為主。
與此同時，其他一些新型隔膜材料產品也在不斷涌現并開始實現應用，不過，因量少價高，主要還是用在動力鋰電池制造領域。這些產品主要有：涂層處理的聚酯膜（PET，PolyethyleneTerephthalate）、纖維素膜、聚酰亞胺膜（PI）、聚酰胺膜（PA），氨綸或芳綸膜等等。這些隔膜的優點是耐高溫，且具有低溫輸出、充電循環壽命長、機械強度適中的特點。總的來看，鋰電池隔膜材料產品呈現出明顯的多樣化發展趨勢。
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