鉅大LARGE | 點擊量：550次 | 2022年08月04日
鋰離子動力鋰電池用新材質隔膜的發展應用及評測結果怎樣？
動力電池對隔膜最基本的要求就是穩定性，包括熱穩定、電化學穩定以及機械性能穩定；在此基礎上，還需要隔膜提升一致性，并進一步優化孔隙率、孔隙結構以及吸液保液能力。
天津力神電池股份有限公司聶磊部長作了“鋰離子動力電池用新材質隔膜發展應用及評測”的主題分享。
聶磊部長表示，隔膜也是一個講究綜合性能的產品，其性能指標相互影響并相互制約。此外，僅僅是基本指標并不能完全反映隔膜在動力電池中的表現，因此，為了實現動力電池最優的電化學和安全性能，需要在關注MD和TD方向的同時，增加垂直方向VD在固定張力或者壓力下的機械性能和電化學性能。
按照成熟度，隔膜可分為新材質和傳統聚烯烴產品。目前應用最廣泛的還是聚烯烴及其涂層改性產品；而由于特殊的物理性質，新材質類幾乎都不能單獨的應用在生產中，需要做涂層或者填充才能夠真正應用于工業化生產。
但是從性能的角度講，新材質是優于傳統隔膜的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
傳統的隔膜分為直通孔、密閉孔、正常孔、半通孔，除正常孔外，其他孔在動力電池中均是負面作用大于正面作用。新材質類隔膜和傳統隔膜相比，差異非常大，其抗拉強度比現在的隔膜要低很多，這就需要動力電池生產廠家的生產工藝和設備做出適當的調整。
新材質涂層隔膜在動力電池中的作用
1、涂層隔膜提高電池溫度安全性
將市面上常見的幾種隔膜從110℃加熱到180℃，可以明顯的感受到，除了耐高溫纖維素類隔膜能保持原始的尺寸，其他隔膜熱收縮率非常大，基本已經失效。總體來看，PP略優于PE，雙面涂層比單面涂層要好一些。
值得注意的是，即便是涂層后隔膜耐熱也只能提高30℃。而這“區區”30℃對一些三元電池的安全性來講，可能就是通過或者不通過的區別。從這個角度看，提高隔膜性本指標對提升動力電池安全性能至關重要。
2、涂層隔膜抑制極組形變
電池生產過程中極片和隔膜難免會產生一些不能釋放的應力，包括正負極材料會有一個體積變化。體積變化之后就會導致變形，涂層隔膜的目的之一是抑制極組形變，這在小電池或者是軟包電池上效果非常明顯，在大尺寸電池和金屬殼的動力電池效果還在測試中，還沒有數據。
此外，涂層也能耐一定的程度上金屬雜質的擊穿，還有對一些由于非常低的MD方向抗拉強度而產生的邊緣拉絲和短路，改善效果非常明顯的。
不同涂層隔膜的對比
天津力神在開發能量密度240wh/kg、充放電倍率為2C的軟包電池時對比了氧化鋁涂層和耐高溫PET涂層隔膜。實驗發現，耐高溫PET涂層隔膜在充放電容量上高出兩個百分點，在高溫存儲性能上卻稍低兩個百分點，此外將兩種隔膜循環1000多次之后，容量保持率也相差不大。這證明氧化鋁涂層和耐高溫隔膜相比，放電倍率、容量衰減等電化學性能差異并不是很大。
但在熱穩定性上，兩者差異非常明顯，耐高溫隔膜產品的安全都是比較穩定的能夠通過，涂層隔膜在做前面這幾項安全測試的時候則是有機率的個別項目能夠通過。比如過充試驗中，PET涂層隔膜由于具有非常良好的耐高溫性，不管是單體電芯還是3P模塊都能通過過充測試，而同一款電池使用其他涂層隔膜僅單體可以通過，而3P模塊時無法滿足電池過充要求。
此外，在針刺實驗上，兩者的差距更為明顯，使用氧化鋁涂層隔膜的電池針刺完之后直接噴火失效，PET隔膜針刺之后幾乎沒什么反應，電池沒有變化。
天津力神通過一系列實驗發現，相比傳統隔膜，新材質在熱穩定性、孔隙率、具有非常大的優勢，但同時也存在一些問題。
第一就是穿刺強度不夠，有一些樣品有非常弱的顆粒黏結特性，這對卷繞設備提出了挑戰。有的卷繞的時候就開始掉涂層，有的雖然卷繞不掉，但是有充放電后拆完電池再看隔膜上涂層是有掉落的。
第二個問題是必須要要對生產工藝進行調整，否則，孔隙率和內阻分布非常難以控制。此外還有一些新材質對水分要求非常高，有些新財政擊穿電壓非常低，這些都需要對生產工藝提出了新的要求。
第三個問題則是成本問題。其實新材質隔膜從材料本身和涂層黏結劑、穩定劑來說成本并不貴，而且這些材料非常容易得到，但由于沒有實現大規模產業化，成本暫時顯得非常高，對推動應用也造成了影響。
第四個問題是隨著電池容量的增大，安全性越來越差，做到200wh/kg的時候還有比較明顯的改善效果，但能量密度再高比如300wh/kg左右時，不管是什么隔膜對安全性能測試結果似乎沒有這么明顯的差異。
