由于具有功率密度高、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)和放電電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),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(dòng)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(fù)極電子電導(dǎo),允許電解液離子自由通過(guò)從而實(shí)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(dòng)力電池在大功率輸出性能和安全性方面的需求對(duì)鋰電池提出了重大挑戰(zhàn)[3]。在大功率放電過(guò)程中,電池局部溫度達(dá)到100??左右就可以引起負(fù)極固體電解質(zhì)界面(SEI)保護(hù)膜分解并釋放熱量,使電池進(jìn)一步升溫引發(fā)有機(jī)電解液等物質(zhì)的分解和隔膜的融化(Melt??down),導(dǎo)致正負(fù)極直接反應(yīng)甚至爆炸。電池使用過(guò)程中遭受穿刺或撞擊也可導(dǎo)致電池電壓瞬時(shí)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(guò)充導(dǎo)致鋰在負(fù)極表面沉積形成鋰枝晶也會(huì)導(dǎo)致對(duì)隔膜的穿刺,動(dòng)力電池在動(dòng)態(tài)條件下的運(yùn)行會(huì)加劇這一行為,因此,動(dòng)力鋰基團(tuán)和加入親水物質(zhì)的方法來(lái)改善這一問(wèn)題。聚烯烴材料隔膜的另一個(gè)更重要問(wèn)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(diǎn)一般低于170??,當(dāng)電池局部發(fā)熱達(dá)到這個(gè)溫度時(shí),隔膜就會(huì)迅速融化使正負(fù)極迅速接觸,出現(xiàn)熱失控行為。
研究表明,采用高熔點(diǎn)纖維增強(qiáng)隔膜或者采用熔點(diǎn)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(duì)動(dòng)力鋰電池性能和安全性對(duì)隔膜孔隙率、浸潤(rùn)性、熱安全溫度等方面的要求,對(duì)隔膜的制備改性技術(shù)進(jìn)行了比較詳細(xì)的評(píng)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(qiáng)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(wú)紡布隔膜和無(wú)機(jī)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(jī)理不同。干法工藝由凝結(jié)核造成結(jié)晶缺陷或通過(guò)工藝控制造成不均勻結(jié)晶,然后用機(jī)械外力使結(jié)晶缺陷處破裂形成微孔。在實(shí)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(zhǎng)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(jī)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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