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“电池隔膜”才是锂离子电池的核心!“陶瓷隔膜”正在兴起!

AI汽车制造业2018-06-22 01:53:45

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在锂离子电池的结构中,隔膜是核心关键材料之一,是制约电池安全性、循环寿命、电性能的关键电池组件之一...


锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成,隔膜是其核心关键材料之一。

做为锂离子电池的关键的内层组件之一,隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

电池隔膜的作用和要求


隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质本身是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。

锂电池隔膜的要求:(1)具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;(2)有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;(3)由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物,隔膜必须耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性;(4)对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力;(5)具有足够的力学性能,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;(6)空间稳定性和平整性好;(7)热稳定性和自动关断保护性能好。动力电池对隔膜的要求更高,通常采用复合膜;(8)隔膜受热收缩要小,否则会引起短路,进而引发电池热失控。

电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂离子电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,通常多采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜,近年来陶瓷隔膜凭借优异的性能在业界兴起,可以作为锂离子等二次电池的高安全隔膜材料,具有非常好的电化学性能和热稳定性。

当然,在隔膜中使用陶瓷并不新鲜,但以往多数制造商是在传统的聚烯烃隔膜上喷涂陶瓷涂层,但涂层会妨碍离子流经隔膜,导致电池的循环寿命缩短,性能降低,此外,涂层还会破裂或剥落,从而可能对电池造成污染。更高性能的陶瓷隔膜不是涂层,而是让陶瓷颗粒与其他物质混在一起,形成一层柔性、富含陶瓷的微孔膜。


陶瓷颗粒与PVDF聚合物均混在一起


Porous Power Technology公司(PPT)和Ahlstrom曾联袂研发了SYMMETRIX NC2020陶瓷电池隔膜,旨在显著改善大尺寸锂离子电池的热稳定性和安全性,其应用包括用于电动车电池、使用平板锂离子电池的消费电子产品、公用设施级能量储存和其他大功率或高能量应用。

SYMMETRIX NC2020的陶瓷颗粒与PVDF聚合物均混在一起,形成一层柔性、富含陶瓷的微孔膜。离子自由流经开孔结构,使电池在宽广的温度范围内发挥强劲效能。这层海绵状薄膜与电极表面复合紧密,即使是在经过多次充放电循环,电极发生膨胀和收缩的情况下,也可防止出现非活性区并确保可靠性能。

据评价,SYMMETRIX NC2020锂离子电池隔膜在安全性领域中实现了可观的进步。SYMMETRIX NC2020不可燃,比传统的隔膜更抗热收缩,这使电池在受损或被滥用的情况下更稳定,并能防止或延迟热失控事故的发生。

SYMMETRIX NC2020锂离子电池隔膜的其他优势包括:优异的热稳定性和化学稳定性,降低长期电池降解;较低内电阻实现更高功率,发热更少;抗氧化性,兼容高电压化学物质;具有优异的的电解液浸润速率;能够紧密的复合至电极表面,简化制造流程,提高产量。


超薄PET无纺布中嵌入陶瓷颗粒


在近期的中国国际电池展览会上,除了创新的电池,也有不少高性能隔膜展出,其中有一款采用无纺布材料的陶瓷隔膜显得与众不同,备受关注。

这款高性能锂离子电池陶瓷隔膜由科德宝高性能材料集团生产,不仅具有非凡的安全性能和极高的可靠性,还可适用于太阳能系统等静态储能系统。此外,相比传统产品,这款隔膜还大幅提高了安全性,耐高温性能显著提升,可以延长锂离子电池的使用寿命。

1、增加安全性,降低生产成本

这种安全隔膜是一片嵌入陶瓷颗粒的超薄PET无纺布,可在几百摄氏度的高温下保持稳定性,不会收缩。与传统产品相比,该产品受机械应力的影响小很多,尤其是在高温环境下。另一个优点是,采用此安全隔膜可降低锂离子电池的生产成本。因为该产品可在更高的温度下生产,加快了干燥处理过程和电解质浸渍过程,进而缩短了电池单元的制备过程。

2、为静态储能系统提供安全性和可靠性

无论是在能量密度、能量吞吐量还是温度范围,与电动车辆的电池要求相比,静态储能系统中相关设备的电池要求完全不同。对于每个具体的设备,都要单独挑选每个电池组件。不过,所有设备都有一个共同原则:在不伤害人身安全和环境的情况下,要求尽量高的安全性和可靠性。而科德宝的电池隔膜完全能满足上述要求。

3、同样适用于高能正极系统

此电池隔膜已在某厂商研发的高能正极系统中进行了成功测试。其正极材料能提供较高的能量密度,且特别适用于汽车和公共汽车,在可靠性和安全性方面,科德宝的创新电池隔膜可以显著提高性能。