锂离子电池的隔膜性能

本文主要来源为学堂在线《锂离子电池材料与技术》学习笔记

本文介绍隔膜性能，包括：电解液浸润性、离子电导率、穿刺强度、热性能。

1、浸润性(电解液浸润性)

浸润性表征隔膜与电解液的亲和程度。隔膜浸润性越好，隔膜吸液性越好，在正负极与隔膜界面可保有更多的电解液，可使锂离子电池内阻更低。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

隔膜浸润性测试一般采用目测法、接触角法。

(1)目测法：取典型电解液滴在隔膜表面，计量电解液完全浸润并消失的时间。

目测法的测试精度与分辨率相对较低，可用于甄别对电解液浸润性不佳的隔膜。通常，可使电解液在小于2或3秒内完全消失的隔膜被视为浸润性良好。

(2)接触角法通过测试电解液在隔膜上的接触角。通常，接触角越小，浸润性越好，接触角越大，浸润性越差。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

2、离子电导率

离子电导率表征隔膜传输锂离子的能力，对电池内阻产生直接影响。离子电导率与电阻率互为倒数，计算公式如下：

σ=d/(Rs×A)

其中σ表示电导率;Rs为测试得到的隔膜电阻值，单位为Ω;A为电极面积，单位为cm2，d为隔膜的厚度，单位为cm。

3、穿刺强度

穿刺强度通常用来评估隔膜抵抗垂直挤压的能力，隔膜抵抗垂直挤压的能力强，隔膜不易破损，锂离子电池安全性能高。穿刺强度也可以评估隔膜对异物颗粒的抵抗性。

穿刺强度的测试方法可遵循相关工业标准(根据网络资料：《GB/T 36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜》中描述了穿刺强度的测试方法)，测试方法概述如下：在一定速度下，让一个没有锐边缘的直径为1mm的针刺向环状固定的隔膜，为穿透隔膜所施加在针上最大力就成为穿刺强度。

穿刺强度试验装置示意图，图片来源：《GB/T 36363-2018锂离子电池用聚烯烃隔膜》

因为测试环境与电池实际环境有较大差异，所以直接比较两种不同微观结构隔膜的穿刺强度的大小来判断隔膜性能优劣的方式不一定准确。

一般，穿刺强度用于微观结构相同的隔膜之间的性能比较，穿刺强度高，装配不良率低。但如果单独追求提高穿刺强度，会导致隔膜其他性能下降。

4、热性能

隔膜热性能主要评估隔膜热收缩率、闭孔温度、破膜温度。

隔膜热收缩率是指隔膜加热前后隔膜尺寸的变化率，通常需要测试机械拉伸方向和垂直于机械拉伸方向的尺寸变化率。

隔膜的闭孔温度和破膜温度是决定锂离子电池安全性的重要指标。

隔膜微观结构中存在无数互通的微孔，当温度升高时，隔膜原材料初步发生熔化，导致微孔孔径缩小甚至闭合，阻止锂离子通过，进而导致锂离子电池内部形成断路。

通常，闭孔温度越低，隔膜可以在较低温度下阻止锂离子通过，进而阻止电池内部温度升高引发火灾事故。

图片来源：根据学堂在线《锂离子电池材料与技术》资料制作

当隔膜温度进一步升高，隔膜熔化，粘度降低，达到一定温度时，发生隔膜破裂，导致电极接触发生短路而发生危险情况。因此，通常锂离子电池温度过高时，隔膜破膜温度越高，阻止锂离子流通时间越长，锂离子电池具有更好的安全性。

审核编辑：汤梓红