由于具有功率密度高、自放電率低、無記憶效應(yīng)和放電電壓穩(wěn)定等優(yōu)點,鋰離子電池已逐步替代傳統(tǒng)鉛酸蓄電池和 鎘鎳蓄電池,成為動力電池的主要選擇 。隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵部件,在電池中起著阻隔正負極電子電導(dǎo),允許電解液離子自由通過從而實現(xiàn)離子傳導(dǎo)的重要作用,是電池容量、循環(huán)能力和安全性能的重要決定因素。
動力電池在大功率輸出性能和安全性方面的需求對鋰電池提出了重大挑戰(zhàn)[3]。在大功率放電過程中,電池局部溫度達到100??左右就可以引起負極固體電解質(zhì)界面(SEI)保護膜分解并釋放熱量,使電池進一步升溫引發(fā)有機電解液等物質(zhì)的分解和隔膜的融化(Melt??down),導(dǎo)致正負極直接反應(yīng)甚至爆炸。電池使用過程中遭受穿刺或撞擊也可導(dǎo)致電池電壓瞬時下降。電流劇增產(chǎn)生巨大的熱量導(dǎo)致溫度迅速升高,使電池隔膜經(jīng)受高溫狀態(tài)。此外,電池的過充導(dǎo)致鋰在負極表面沉積形成鋰枝晶也會導(dǎo)致對隔膜的穿刺,動力電池在動態(tài)條件下的運行會加劇這一行為,因此,動力鋰基團和加入親水物質(zhì)的方法來改善這一問題。聚烯烴材料隔膜的另一個更重要問題在于其大功率放電的安全性,這種材料在高溫下尺寸變形比較明顯,而且熔點一般低于170??,當(dāng)電池局部發(fā)熱達到這個溫度時,隔膜就會迅速融化使正負極迅速接觸,出現(xiàn)熱失控行為。
研究表明,采用高熔點纖維增強隔膜或者采用熔點更高的材料制備隔膜可以很好地改善隔膜的熱熔化溫度,從而有效地保障電池安全。 本文針對動力鋰電池性能和安全性對隔膜孔隙率、浸潤性、熱安全溫度等方面的要求,對隔膜的制備改性技術(shù)進行了比較詳細的評述,以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究者提供可借鑒的資料。
鋰電池隔膜的基本制備和隔膜強度、熱尺寸 穩(wěn)定性的改善 根據(jù)結(jié)構(gòu)和組成,鋰離子電池隔膜大致可分為多孔聚合物膜、無紡布隔膜和無機復(fù)合膜。多孔聚合物膜根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同分為干法和濕法兩種,區(qū)別主要在于隔膜微孔的成孔機理不同。干法工藝由凝結(jié)核造成結(jié)晶缺陷或通過工藝控制造成不均勻結(jié)晶,然后用機械外力使結(jié)晶缺陷處破裂形成微孔。在實際生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是單軸拉伸技術(shù),所生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔結(jié)構(gòu)。為了提高滲透性和力學(xué)性能,也有采取雙軸拉伸技術(shù)的,但受其成孔機理的制約,橫向方向上的拉伸比一般不高,薄膜性能存在明顯的各向異性。
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