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越来越薄,锂离子电池隔膜技术进展到哪里了?

导读: 作为锂离子电池四大主材之一的隔膜,它的存在直接影响着电池的安全性,它的孔隙率、厚度、吸液性、静电值直接影响着电池的电性能。

作为锂离子电池四大主材之一的隔膜,它的存在直接影响着电池的安全性,它的孔隙率、厚度、吸液性、静电值直接影响着电池的电性能。而随着锂离子电池能量密度的逐年提升,非活性物质的量也是越来越少,隔膜也越来越薄,这将给锂离子电池的安全性带来极大的挑战,下面就从几个方面来简单看一下目前隔膜的研究进展。

从上图中可以看出,隔膜的各个性能指标是相互制约,相互影响的,所有隔膜厂家都在找其中的最优的组合,并不存在所有指标都最优的隔膜,所以需要在电性能、安全性能以及规模化生产的综合评判指标中找出平衡点。由于传统的隔膜越做越薄,因此需要在隔膜上涂胶或者图陶瓷来满足热稳定性以及抗拉强度的需要。

不同的涂层具有与不同的作用,目前来说涂陶瓷的隔膜已经稳定的并且量产了,但目前仍然存在着过不了短路测试,陶瓷颗粒脱落带来的自放电问题、电池卷绕时引起的抽芯、掉粉问题的存在,需要进一步的对陶瓷涂层进行改善和研究,同时为了提升电性能,涂胶以及其涂层的隔膜也在进一步研究之中。

通过对陶瓷隔膜的性能测试表明,陶瓷涂层显著改善了隔膜的吸液性和保液性,因而表现出良好的循环性能。

单纯的隔膜加热实验也表明,陶瓷层的存在显著改善了隔膜的热收缩性能,在150℃是无明显收缩,这也给高能量密度电池带来了安全的保障。

而对于未来隔膜的发展,也可以从这张趋势图中可以看出,随着技术水平的进步,隔膜也逐渐由微孔向无孔过渡,并终将被固态电解质所取代(固态电解质将做专题讨论,本文不在赘述),下面将介绍几种新型的隔膜。

通过热压法制备的三明治结构的无纺布复合隔膜,显著改善了陶瓷层的脱落、改善电池的自放电等性能。

通过静电纺丝法制备的PI纳米纤维膜,不近改善了隔膜本身的机械强度,也在吸收电解液以及离子电导率方面也有了显著改善。

三明治结构的PI-PVDF-PI纳米纤维隔膜,在160℃是PVDF熔化,堵塞PI的微孔,从而实现了闭孔的功能,显著改善了电池的安全性能。

从专家组的所公布的技术路线图来看,也和目前的技术发展是匹配的,高安全性、高稳定性的隔膜将是未来七八年的研究热点。

参考文献:1.动力电池技术路线图

2.高比能量动力电池研讨会报告

3.锂离子电池隔膜技术的发展   储能科学与技术

作者:锂电联盟会长

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