动力锂离子电池隔膜的研究进展 聚合物电动车锂电池 磷i酸铁锂锂电池

由于具有功率密度高、自放电率低、无记忆效应和放电电压稳定等优点,锂离子电池已逐步替代传统铅酸蓄电池和 镉镍蓄电池,成为动力电池的主要选择 。隔膜是锂离子电池的关键部件,在电池中起着阻隔正负极电子电导,允许电解液离子自由通过从而实现离子传导的重要作用,是电池容量、循环能力和安全性能的重要决定因素。 动力电池在大功率输出性能和安全性方面的需求对锂电池提出了重大挑战[3]。在大功率放电过程中,电池局部温度达到100??左右就可以引起负极固体电解质界面(SEI)保护膜分解并释放热量,使电池进一步升温引发**电解液等物质的分解和隔膜的融化(Melt??down),导致正负极直接反应甚至爆炸。电池使用过程中遭受穿刺或撞击也可导致电池电压瞬时下降。电流剧增产生巨大的热量导致温度*升高,使电池隔膜经受高温状态。此外,电池的过充导致金属锂在负极表面沉积形成锂枝晶也会导致对隔膜的穿刺,动力电池在动态条件下的运行会加剧这一行为,因此,动力锂基团和加入亲水物质的方法来改善这一问题。聚烯烃材料隔膜的另一个更重要问题在于其大功率放电的安全性,这种材料在高温下尺寸变形比较明显,而且熔点一般低于170??,当电池局部发热达到这个温度时,隔膜就会*融化使正负极*接触,出现热失控行为。

研究表明,采用高熔点纤维增强隔膜或者采用熔点更高的材料制备隔膜可以很好地改善隔膜的热熔化温度,从而有效地**电池安全。 本文针对动力锂电池性能和安全性对隔膜孔隙率、浸润性、热安全温度等方面的要求,对隔膜的制备改性技术进行了比较详细的评述,以期为相关领域的研究者提供可借鉴的资料。

    锂电池隔膜的基本制备和隔膜强度、热尺寸 稳定性的改善 ????根据结构和组成,锂离子电池隔膜大致可分为多孔聚合物膜、无纺布隔膜和无机复合膜。多孔聚合物膜根据生产工艺的不同分为干法和湿法两种,区别主要在于隔膜微孔的成孔机理不同。干法工艺由凝结核造成结晶缺陷或通过工艺控制造成不均匀结晶,然后用机械外力使结晶缺陷处破裂形成微孔。在实际生产中应用较多的是单轴拉伸技术,所生产的隔膜具有扁长的微孔结构。为了提高渗透性和力学性能,也有采取双轴拉伸技术的,但受其成孔机理的制约,横向方向上的拉伸比一般不高,薄膜性能存在明显的各向异性。

日本的宇部和美国的Celgard是干法工艺的代表,用于生产单层PP、PE以及3层PP/PE/PP复合膜。湿法工艺由不同相物质混合成混合物,然后去掉其中一种物质形成微孔相互贯通的结构。日本的旭化成、东燃、日东以及美国的Entek公司都是湿法工艺的代表,目前主要用于生产单层PE隔膜。

  从孔隙率、浸润性、强度、热尺寸稳定性、热关闭温度和热熔化温度评述了锂离子电池隔膜的研究进展,认为平衡并同时提高隔膜的性能和安全性是动力锂电池隔膜重要的研究方向。目前,采用接枝官能基团以及添加亲水物质的方法可以改善膜的浸润性;不同熔点的聚合物复合以及采用高结晶度聚合物均可改善隔膜的热关闭温度和热熔化温度。采用一种多孔基体材料,如无纺布或电纺纤维作为增强基体,可以保证膜的强度、尺寸稳定性和热熔化温度;采用其它的聚合物作为成孔材料,可以改善膜的孔隙率和浸润性,是同时提高隔膜的性能和安全性的有效手段。