不同隔膜透氣度的檢測對鋰離子電池的影響

發布日期：2023-08-25      瀏覽次數：1209

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劣決定著鋰離子電池的容量、循環性能、充放電電流密度等關鍵特性，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穩定性、熱穩定性和力學穩定性等。目前市場主要應用隔膜為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，本文使用星源材質建造的商業生產線。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溫度，經過雙向拉伸、萃取石蠟油后得到孔結構均勻一致的隔膜，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、流延制備出特殊結晶排列的高取向膜，低溫拉伸誘發微缺陷，高溫拉伸擴大微孔，所制得隔膜為F。

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

目前隔膜行業中多采用日本工業標準，即在1.22kPa壓力下測試100mL空氣通過1平方英 寸隔膜所需要的時間。因此，Gurley值的大小與氣體的透過性成負相關。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》等標準，通常使用Gurley 4110N型透氣度檢測儀進行檢測。此外，常用的檢測標準還有 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。

各標準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，因此執行不同標準測試所得結果仍可通過換算得到統一的數據進行對比。根據USABC的標準，Gurley值應要求小于35s/10立方零米。此外，因為Gurley值的大小依賴于空氣通過隔膜中多孔結構流動的方式，所以能夠從一定程度上反映隔膜內部孔隙的曲折程度，當隔膜的孔隙率和厚度都確定時，通過比較Gurley值可以大致評估隔膜孔隙的曲折度。同時文獻也表明透氣度均一、穩定的隔膜對提升電池的使用性能具有重要意義。