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不同隔膜透氣度的檢測(cè)對(duì)鋰離子電池的影響

  • 發(fā)布日期:2023-08-25      瀏覽次數(shù):975
    • 不同隔膜透氣度的檢測(cè)對(duì)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(chǎng)主要應(yīng)用隔膜為PP、PE、PP/PE/PP等。本文對(duì)比了濕法隔膜不同孔隙率、不同厚度對(duì)鋰離子電池電性能的影響,此外還對(duì)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(píng)判標(biāo)準(zhǔn),是指將隔膜置于透氣度檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)。此外,常用的檢測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(píng)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(duì)提升電池的使用性能具有重要意義。


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