锂电池隔膜微孔膜结构与性能之间的关系

　　1.透气性能

　　透气性是隔膜的一个重要指标，透气性越好则锂离子透过隔膜的通畅性越好，隔膜电阻越低。它是由膜的孔径大小和分布、孔隙率、孔的形状，以及孔的曲折度等各因素综合决定的。曲折度低、厚度薄、孔径大和孔隙率高都意味着透气性好，隔膜电阻低。但是孔隙率并不是越高越好，孔隙率越高，其力学性能受到的影响将越大。孔径一般要求在0.01~0.1um范围内，孔径小于0.01um时，锂离子穿过能力太小;孔径大于0.1um，电池内部枝晶生成时电池易短路。大多数锂离子电池隔膜的孔径在0.03~0.1um，孔隙率在30%~50%，厚度一般小于30um。对于不同材料，即使孔隙率相近，但是由于孔径的贯通性差别，其透气性也有很大的差别。例如，GaneshVenugopal等比较了不同供应商的隔膜，发现其中两家供应商的隔膜尽管孔径和孔隙率接近，但透气性并不是完全接近，这表明隔膜中微孔的贯通性不一样。

　　2、自动关断保护性能

　　自动关断保护性能是锂离子电池隔膜的一种安全保护性能，是锂离子电池限制温度升高及防止短路的有效方法。隔膜的闭孔温度和熔融破裂温度是该性能的主要参数。闭孔温度是指外部短路或非正常大电流通过时所产生的热量使隔膜微孔闭塞时的温度。熔融破裂温度是指将隔膜加热，温度超过试样熔点，试样发生破裂时的温度。由于电池短路，电池内部温度升高，当电池隔膜温度达到闭孔温度时微孔闭塞阻断电流通过，但热惯性会使温度进一步上升，有可能达到熔融破裂温度而造成隔膜破裂，电池短路。因此，闭孔温度和熔融破裂温度相差越大越好，此时电池的安全性越好。

　　闭孔温度与隔膜材料的种类、分子量、分子结构有很大的关系。目前商业化锂离子电池隔膜采用的聚烯烃微孔膜中，聚乙烯微孔膜的闭孔温度为 130~140°C，但其熔融破裂温度也很低，安全性不够高。而熔点高的聚丙烯隔膜熔融破裂温度较高，为170°C左右。近年来由Celgard公司发展起来的PP/PE双层膜和PP/PE/PP三层隔膜，就融合了PE的低熔融破裂温度和PP的高熔融破裂温度两种特性，成为目前研究开发的热点。多层隔膜既提供了较低的闭孔温度，同时在PE膜闭孔后 PP层仍保持其强度，从微孔闭塞到隔膜熔融破裂之间温度范围宽，安全性比单层膜好。除此之外，孔的结构也影响自动关断保护性能，高的曲折度和小孔径对阻止和切断异常电流是有利的，但过高的曲折度和过小的孔径又会影响其离子导电性。

　　3.力学性能

　　锂离子电池对隔膜强度的要求较高。电池中的隔膜直接接触有硬表面的正极和负极，而且当电池内部形成枝晶时，隔膜易被穿破而引起电池微短路，因此要求隔膜的抗穿刺强度尽量高。此外隔膜拉伸强度和断裂伸长率、横向热收缩率也有一定要求。单轴拉伸时，膜在水平拉伸方向与垂直拉伸方向强度不同，而双轴拉伸制备的隔膜强度在两个方向上基本一致。尽管如此，在实际应用中双轴拉伸并没有性能上的优势。因为双轴拉伸会导致垂直方向的收缩，这种收缩在高温下会导致电极之间的相互接触。一般而言孔隙率越高，其阻抗越低，但其强度却要下降，因此在调节膜结构的同时要兼顾微孔膜的各项性能，以获得z佳的使用性能。

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