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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):989
    • 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(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和力學穩(wěn)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(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溫度,經(jīng)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(fā)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(yè)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(guī)定面積隔膜的時間。 

      目前隔膜行業(yè)中多采用日本工業(yè)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(zhí)行不同標準測試所得結果仍可通過換算得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)進行對比。根據(jù)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(wěn)定的隔膜對提升電池的使用性能具有重要意義。


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