從學(xué)術(shù)角度來(lái)說(shuō),隔膜在電池中是惰性的,即隔膜不是電池的必要組成部分,而僅僅是電池工業(yè)化生產(chǎn)的要求。隔膜的存在首先要滿(mǎn)足它不能惡化電池的電化學(xué)性能,主要表現在內阻上。含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值稱(chēng)為MacMullin數。一般來(lái)說(shuō),消耗型鋰離子電池的這個(gè)數值為接近8,當然這個(gè)數值越小越好。通常來(lái)說(shuō),鋰離子電池隔膜中會(huì )有一個(gè)透氣率的參數,或者叫Gurley數。這個(gè)數是這么定義的,即一定體積的氣體,在一定壓力條件下通過(guò)一定面積的隔膜所需要的時(shí)間,氣體的體積量一般為50cc,有些公司也會(huì )標100cc,最后的結果會(huì )差兩倍。面積應該是1平方英寸,壓力差記不太清楚了。這個(gè)數值從一定意義上來(lái)講,和用此隔膜裝配的電池的內阻成正比,即該數值越大,則內阻越大。然而,對于不同的隔膜,該數字的直接比較沒(méi)有任何意義。因為鋰離子電池中的內阻和離子傳導有關(guān),而透氣率和氣體傳到有關(guān),兩種機理是不一樣的。換句話(huà)說(shuō),單純比較兩種不同隔膜的Gurley數是沒(méi)有意義的,因為可能兩種隔膜的微觀(guān)結構*不一樣;但同一種隔膜的Gurley數的大小能很好的反應出內阻的大小,因為同一種隔膜相對來(lái)說(shuō)微觀(guān)結構是一樣的或可比較的。
為了保證電池的內阻不是太大,要求隔膜是能夠被電池所用電解液*浸潤。這方面沒(méi)有一個(gè)*的檢測標準。大致可以通過(guò)以下試驗來(lái)判斷:取典型電解液(如EC:DMC=1:1,1M LiPF6),滴在隔膜表面,看是否液滴會(huì )迅速消失被隔膜吸收,如果是則說(shuō)明浸潤性基本滿(mǎn)足要求。更準確的測試可以用超高時(shí)間分辨的攝像機記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過(guò)程,計算時(shí)間,通過(guò)時(shí)間的長(cháng)短來(lái)比較兩種隔膜的浸潤度。浸潤度一方面個(gè)隔膜材料本身相關(guān),另一方面個(gè)隔膜的表面及內部微觀(guān)結構密切相關(guān)。
換句話(huà)說(shuō)就是要求隔膜在電化學(xué)反應中是惰性的。經(jīng)過(guò)若干年的工業(yè)化檢驗,一般認為目前隔膜用材料PE或PP是滿(mǎn)足化學(xué)惰性要求的。
一般來(lái)說(shuō),隔膜為了阻止電極顆粒的直接接觸,很重要的一點(diǎn)就是防止電極顆粒直接通過(guò)隔膜。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級,而所使用的導電添加劑則在10納米的量級,不過(guò)很幸運的是一般碳黑顆粒傾向于團聚形成大顆粒。一般來(lái)說(shuō),亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過(guò),當然也不排除有些電極表面處理不好,粉塵較多導致的一些諸如微短路等情況。
這個(gè)參數實(shí)際上是由于電極表面不夠平整,以及裝配過(guò)程中工藝水平有限而提出的一個(gè)要求,因此要求隔膜有相當的穿刺強度。穿刺強度的測試有工業(yè)標準可遵循,大致是在一定的速度(每分鐘3-5米)下,讓一個(gè)沒(méi)有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環(huán)狀固定的隔膜,為穿透隔膜所施加在針上的最大力就稱(chēng)為穿刺強度。同樣的,由于測試的時(shí)候所用的方法和實(shí)際電池中的情況有很大的差別,直接比較兩種隔膜的穿刺強度不是特別合理,但在微結構一定的情況下,相對來(lái)說(shuō)穿刺強度高的,其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強度,必然導致隔膜的其他性能下降。
隔膜需要在電池使用的溫度范圍內(-20C~60C)保持熱穩定。一般來(lái)說(shuō)目前隔膜使用的PE或PP材料均可以滿(mǎn)足上述要求。當然還有一個(gè)就是由于電解液對水份敏感,大多數廠(chǎng)家會(huì )在注液前進(jìn)行80C左右的烘烤,這對PP/PE隔膜也不會(huì )存在太大的問(wèn)題 。
內容由于安全性問(wèn)題比較嚴重,目前鋰離子電池用隔膜一般都能夠提供一個(gè)附加的功能,就是熱關(guān)閉。一般我們將原理電池(兩平面電極中間夾一隔膜,使用通用鋰離子電池用電解液)加熱,當內阻提高三個(gè)數量級時(shí)的溫度稱(chēng)為熱關(guān)閉溫度。這一特性可以為鋰離子電池提供一個(gè)額外的安全保護。實(shí)際上關(guān)閉溫度和材料本身的熔點(diǎn)密切相關(guān),如PE為135C附近。當然不同的微結構對熱關(guān)閉溫度有一定的影響。但對于小電池,熱關(guān)閉機制所起的作用很有限。
鋰電池隔膜水分快速檢測儀用法:
水分測定儀由于其功能多,應用行業(yè)廣泛,因此每個(gè)行業(yè)的操作手法和檢測方案是不同的,但大致可以按照如下操作流程進(jìn)行:
1、安裝:打開(kāi)設備包裝箱,取出設備,放置平穩的操作臺面;把相關(guān)的配件放入設備的既定位置,連接電源開(kāi)機;
2、校準:開(kāi)機后把冠亞水分測定儀隨機標配的20克砝碼放到稱(chēng)量盤(pán)上,此時(shí)點(diǎn)擊“校準按鍵",幾秒后自動(dòng)校準完成。注意:若校準值超出誤差,可重新再按以上步驟進(jìn)行校準,直至達到校準值;
3、測試:把樣品取樣放入設備中,合上加熱源,點(diǎn)擊屏幕上開(kāi)始測試試鍵;儀器自動(dòng)測試;
4、結束:水分測定完成后,儀器自動(dòng)停止加熱,水分值被鎖定顯示在液晶屏幕上,記下水分值;等待下次測試。
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