在锂電(diàn)池的結構中(zhōng),隔膜是關鍵的内層組件之一(yī)。對于锂電(diàn)池系列,由于電(diàn)解液爲有機溶劑體(tǐ)系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一(yī)般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
隔膜的性能決定了電(diàn)池的界面結構、内阻等,直接影響電(diàn)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(diàn)池的綜合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使電(diàn)池的正、負極分(fēn)隔開(kāi)來,防止兩極接觸而短路,此外(wài)還具有能使電(diàn)解質離(lí)子通過的功能。隔膜材質是不導電(diàn)的,其物(wù)理化學性質對電(diàn)池的性能有很大(dà)的影響。電(diàn)池的種類不同,采用的隔膜也不同。對于锂電(diàn)池系列,由于電(diàn)解液爲有機溶劑體(tǐ)系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一(yī)般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
锂電(diàn)池隔膜的要求:(1)具有電(diàn)子絕緣性,保證正負極的機械隔離(lí);(2)有一(yī)定的孔徑和孔隙率,保證低的電(diàn)阻和高的離(lí)子電(diàn)導率,對锂離(lí)子有很好的透過性;(3)由于電(diàn)解質的溶劑爲強極性的有機化合物(wù),隔膜必須耐電(diàn)解液腐蝕,有足夠的化學和電(diàn)化學穩定性;(4)對電(diàn)解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力;(5)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(xiǎo);(5)空間穩定性和平整性好;(6)熱穩定性和自動關斷保護性能好。動力電(diàn)池對隔膜的要求更高,通常采用複合膜。(6)隔膜受熱收縮要小(xiǎo),否則會引起短路,進而引發電(diàn)池熱失控。
根據不同的物(wù)理、化學特性,锂電(diàn)池隔膜材料可以分(fēn)爲:織造膜、非織造膜(無紡布)、微孔膜、複合膜、隔膜紙(zhǐ)、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锂電(diàn)池研究開(kāi)發初期便被用作锂電(diàn)池隔膜。盡管用其他材料制備锂電(diàn)池隔膜,如1999年F,Boudin 等[3] 采用相轉化法以聚偏氟乙烯(PVDF)爲本體(tǐ)聚合物(wù)制備锂電(diàn)池隔膜;Kuribayash Isao等[4] 研究纖維素複合膜作爲锂電(diàn)池隔膜材料。然而,至今商(shāng)品化锂電(diàn)池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。固體(tǐ)和凝膠電(diàn)解質開(kāi)始被用作一(yī)個特殊的組件,同時發揮電(diàn)解液和電(diàn)池隔膜的作用,是一(yī)項新興的技術手段。表1-2給出了锂電(diàn)池隔膜的主要生(shēng)産商(shāng)及其主要産品信息。
锂電(diàn)池隔膜基體(tǐ)材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體(tǐ)材料對隔膜力學性能以及與電(diàn)解液的浸潤度有直接的。世界前三大(dà)隔膜生(shēng)産商(shāng)日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學)都有自己獨立的高分(fēn)子實驗室,并且化學背景非常深厚。國内锂電(diàn)池廠家所采用的基體(tǐ)材料基本都是通過外(wài)購,自身研發實力不強。據了解旭化成與Celgard已經自己生(shēng)産部分(fēn)聚丙烯、聚乙烯材料。特别是Tonen(東燃化學)和美孚化工(gōng)合作後,采用美孚化工(gōng)研發的高熔點聚乙烯材料後,Tonen推出熔點高達170℃的濕法PE锂電(diàn)池隔膜。采用特殊處理的基體(tǐ)材料,可以極大(dà)的提高隔膜的性能,從而滿足锂電(diàn)池一(yī)些特殊的用途。
3H-2000PB型锂電(diàn)池隔膜孔徑分(fēn)析儀應用範圍:
3H-2000PB型锂電(diàn)池隔膜孔徑分(fēn)析儀主要用于濾膜、織物(wù)、纖維、紙(zhǐ)張、陶瓷、燒結金屬、岩石、混凝土等材料的貫通孔的孔徑分(fēn)布及滲透率測試。
3H-2000PB型锂電(diàn)池隔膜孔徑分(fēn)析儀性能參數:
分(fēn)析功能:泡點直徑(zui大(dà)孔直徑);平均流量孔徑(平均孔徑);zui小(xiǎo)孔徑;
孔徑分(fēn)布、累計/差分(fēn)流量分(fēn)布;氣體(tǐ)滲透率;幹、濕氣體(tǐ)流量;
測試過程:全自動;
真空助潤裝置:儀器具有全自動真空助潤裝置,可自定義自動真空潤濕的次數和時長;
孔徑測試範圍:0.02-500um;
壓力測試範圍:0-1bar,0-40bar;高精度進口雙壓力傳感器,分(fēn)段壓力量程,量程互補,自動切換;
流量測試範圍:0-1L/min,0-100L/min;高精度進口雙流量傳感器,分(fēn)段流量量程,量程互補,自動切換;
樣品池:标配:圓形;
直徑13mm(适應樣品厚度0-6mm);
直徑25mm(适應樣品厚度0-7mm);
直徑47mm(适應樣品厚度0-9mm);
其它形狀和尺寸可定做;
測試精度:壓力靈敏度:± 0.05 mbar ;
流量靈敏度:± 0.5ml/min;
氣路管路:全不鏽鋼管路,金屬硬密封,密封性好,耐壓高,耐腐蝕,高耐用;
儀器配件:關鍵部件壓力傳感器、流量傳感器、閥門、管路、接頭等全部進口;
售後服務:專業且完善的售後服務系統,可提供24小(xiǎo)時咨詢,48小(xiǎo)時内現場服務,北(běi)京,上海,廣州均設有服務機構,全力保障用戶儀器正常運行;
儀器規格:尺寸:長72cm寬55cm高48cm,淨重:35Kg,電(diàn)壓:AC220v±5%,功率小(xiǎo)于1000瓦。
3H-2000PB型儀基本原理:
以某種膜材料爲例,将膜用可與其浸潤的液體(tǐ)充分(fēn)潤濕,由于表面張力的存在,浸潤液将被 束縛在膜的孔隙内;給膜的一(yī)側加以逐漸增大(dà)的氣體(tǐ)壓強,當氣體(tǐ)壓強達到大(dà)于某孔徑内浸潤液的表面張力産生(shēng)的壓強時,該孔徑中(zhōng)的浸潤液将被氣體(tǐ)推出;由于孔徑越小(xiǎo),表面張力産生(shēng)的壓強越高,所以要推出其中(zhōng)的浸潤液所需施加的氣體(tǐ)壓強也越高;同樣,可知(zhī),孔徑zui大(dà)的孔内的浸潤液将首先會被推出,使氣體(tǐ)透過,然後随着壓力的升高,孔徑由大(dà)到小(xiǎo),孔中(zhōng)的浸潤液依次被推出,使氣體(tǐ)透過,直至全部的孔被打開(kāi),達到與幹膜相同的透過率;
首先被打開(kāi)的孔所對應的壓力,爲泡點壓力,該壓力所對應的孔徑爲zui大(dà)孔徑; 在此過程中(zhōng),實時記錄壓力和流量,得到壓力-流量曲線;壓力反應孔徑大(dà)小(xiǎo)的信息,流量反應某種孔徑的孔的多少的信息;然後再測試出幹膜的壓力-流量曲線,可根據相應的公式計算得到該膜樣品的zui大(dà)孔徑、平均孔徑、zui小(xiǎo)孔徑以及孔徑分(fēn)布、透過率。
孔徑和壓力的關系如Washburn公式:
D=4γCos θ/ p
公式中(zhōng)D=孔隙直徑 γ=液體(tǐ)的表面張力 θ=接觸角和p=壓差
孔徑分(fēn)布的流量百分(fēn)比:
f(D) = - d[Fw/Fd)x100]/dD
公式中(zhōng)Fw爲濕樣品流量,Fd爲幹樣品流量