不同隔膜透氣度的檢測對鋰離子電池的影響

發(fā)布日期：2023-08-25      瀏覽次數(shù)：633

不同隔膜透氣度的檢測對鋰離子電池的影響

鋰離子電池隔膜性能的優(yōu)劣決定著鋰離子電池的容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等關(guān)鍵特性，要求隔膜具有合適的厚度、離子透過率、孔徑和孔隙率及足夠的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性等。目前市場主要應(yīng)用隔膜為PP、PE、PP/PE/PP等。本文對比了濕法隔膜不同孔隙率、不同厚度對鋰離子電池電性能的影響，此外還對比了干法隔膜與濕法隔膜之間的電性能差別。

PE/PP隔膜制備

為了得到不同孔隙率、不同厚度的PE/PP 隔膜，本文使用星源材質(zhì)建造的商業(yè)生產(chǎn)線。圖1(a)為濕法隔膜工藝圖，將聚乙烯(PE)粉和石蠟油按一定比例混合、加熱后經(jīng)模頭擠出，通過冷卻相分離制造出微孔，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點(diǎn)溫度，經(jīng)過雙向拉伸、萃取石蠟油后得到孔結(jié)構(gòu)均勻一致的隔膜，分別記為隔膜A、B、C、D、E。圖1(b)為干法隔膜工藝圖，將PP粉用擠出、流延制備出特殊結(jié)晶排列的高取向膜，低溫拉伸誘發(fā)微缺陷，高溫拉伸擴(kuò)大微孔，所制得隔膜為F。

透氣性是表征隔膜氣體透過能力的一個(gè)指標(biāo)，能夠間接地反映離子的透過性，隔膜行業(yè)通常用Gurley值作為評判標(biāo)準(zhǔn)，是指將隔膜置于透氣度檢測儀內(nèi)，一定體積的空氣在一定的壓力下透過規(guī)定面積隔膜的時(shí)間。 

目前隔膜行業(yè)中多采用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即在1.22kPa壓力下測試100mL空氣通過1平方英 寸隔膜所需要的時(shí)間。因此，Gurley值的大小與氣體的透過性成負(fù)相關(guān)。Gurley值的檢 測可以參照 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》等標(biāo)準(zhǔn)，通常使用Gurley 4110N型透氣度檢測儀進(jìn)行檢測。此外，常用的檢測標(biāo)準(zhǔn)還有 ISO 15105-1：2007《Plastics-Film and Sheeting-Determination of Gas-transmission Rate-Part 1：Diferential pressure Methods》，GB／T1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》，ASTM D1434-82（2003)《Standard Test Method for Determining Gas Permeability Characteristics of Plastic Film and Sheeting》等。

各標(biāo)準(zhǔn)的測試方法有一定差別，但其原理基本相同，僅氣體透過量有差別，因此執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)測試所得結(jié)果仍可通過換算得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。根據(jù)USABC的標(biāo)準(zhǔn)，Gurley值應(yīng)要求小于35s/10立方零米。此外，因?yàn)镚urley值的大小依賴于空氣通過隔膜中多孔結(jié)構(gòu)流動(dòng)的方式，所以能夠從一定程度上反映隔膜內(nèi)部孔隙的曲折程度，當(dāng)隔膜的孔隙率和厚度都確定時(shí)，通過比較Gurley值可以大致評估隔膜孔隙的曲折度。同時(shí)文獻(xiàn)也表明透氣度均一、穩(wěn)定的隔膜對提升電池的使用性能具有重要意義。