中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隔膜作為鋰離子電池結(jié)構(gòu)中不可缺失的一部分被稱為鋰離子電池的“第三電極”。隔膜的電解液吸液效率、界面相容性以及內(nèi)阻等對(duì)電池的充放電比容量性能、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能等有著直接或間接影響。因此選擇綜合性能優(yōu)異的隔膜對(duì)于提高電池性能有重要的意義。
一般來說，隔膜主要與有機(jī)電解液構(gòu)成體系，主要功能是阻止正、負(fù)兩極直接物理接觸阻止電子通過電池的內(nèi)電流避免內(nèi)部短路，同時(shí)允許鋰離子自由通過隔膜，實(shí)現(xiàn)鋰離子在正、負(fù)極之間的“嵌入”與“脫嵌”過程。隔膜對(duì)鋰離子電池體系是至關(guān)重要的，其結(jié)構(gòu)與性能直接影響整個(gè)電池的性能，經(jīng)過長(zhǎng)期大量的研究得出對(duì)于鋰離子電池隔膜的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)該具備以下條件：
厚度
厚度控制了隔膜的機(jī)械強(qiáng)度和鋰離子電池的阻抗，隔膜越厚，機(jī)械強(qiáng)度越好，在裝配和使用過程中耐穿刺穿能力也越強(qiáng)，但是厚度增加也會(huì)使得鋰離子電池內(nèi)阻加大，活性物質(zhì)的利用率下降，造成電池容量減少。所以在鋰離子電池的使用過程中隔膜的厚度一般要求在25um以下。
透氣率
隔膜透氣率指在一定壓強(qiáng)下氣體透過單位面積的隔膜所需要的時(shí)間，一般用Gurley值來表示，Gurley值越小表示氣體透過隔膜的時(shí)間越短，速度越快，表示孔徑越大或者說孔隙率越高。
對(duì)于一個(gè)特定的隔膜，隔膜的透氣率與內(nèi)阻成正相關(guān)。這是因?yàn)橥笟饴拾凳玖烁裟さ目捉Y(jié)構(gòu)，而孔結(jié)構(gòu)影響著鋰離子的傳輸，所以低的Gurley值代表著高的透氣率和低電阻。
孔徑大小和孔徑分布
鋰離子電池隔膜對(duì)孔徑的要求比較嚴(yán)格，必須是亞微米級(jí)別，這是由于孔徑太大會(huì)使用自放電現(xiàn)象嚴(yán)重，而孔徑太小又不利于鋰離子的傳輸。孔隙即為孔徑的直徑，是用來定義多孔材料最常用的指標(biāo)，大多是用簡(jiǎn)潔的測(cè)定方法測(cè)定具有一定厚度和深度的多孔材料。
如氣泡法，利用氣體將潤(rùn)濕好的材料內(nèi)部的液體擠壓出來，按照用的氣體的壓力來反應(yīng)孔徑值，這是因?yàn)橐后w充分浸潤(rùn)材料后，可以將材料的開孔隙間距充盈。
該方法測(cè)得的孔為全通孔，因?yàn)橹挥型ǹ撞拍苄纬捎行У碾x子通道，所以能更有效的反映出在應(yīng)用過程中隔膜材料所要求的有效孔徑大小。均勻的孔徑分布關(guān)系到鋰離子通過的均勻性和避免來自電流密度混亂帶來的電性能下降的現(xiàn)象，孔徑分布同樣也可以通過泡點(diǎn)法來測(cè)試，此外還有汞壓法。
不同隔膜所反映的不同孔徑大小的電鏡照片
孔隙率
孔隙率對(duì)于鋰離子隔膜而言是至關(guān)重要的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它直接影響了電池的核心步驟（鋰離子的傳輸和電解液的儲(chǔ)存），具有高孔隙率的隔膜會(huì)具有更好的鋰離子透過率，同時(shí)還可以為電池的電解液提供儲(chǔ)存的位點(diǎn)，所以孔隙率的大小對(duì)隔膜的保液率起著關(guān)鍵的作用�？紫堵实亩x為孔隙的體積占多孔總體積的百分比�？紫堵蕼y(cè)試方式有多種，比如：稱重體積法、顯微鏡法、真空浸漬法、浸泡介質(zhì)法等。最為常見的方法是浸泡介質(zhì)法和稱重體積法。
浸潤(rùn)法
浸潤(rùn)法主要用來衡量隔膜對(duì)電解液的潤(rùn)濕的難易程度。表示隔膜與電解液的相容性，一般分為兩個(gè)特性：一是電解液潤(rùn)濕隔膜的速度，二是電解液在隔膜中儲(chǔ)存的量（吸液率）。電池內(nèi)阻和注液時(shí)間與隔膜的親液速率有密切關(guān)系，所以鋰離子電池隔膜的親液性能要求可以快速潤(rùn)濕隔膜為好。一般所驗(yàn)證的方法是將電解液滴在隔膜上，看電解液滲透隔膜的速度，，如果滲透越快說明親液性越好。
隔膜的電阻在一定程度上是由吸液率控制的，擁有較高的吸液率的隔膜，儲(chǔ)存的電解液介質(zhì)越多，鋰離子越容易通過介質(zhì)傳輸。吸液率的測(cè)試一般采用稱重法，稱量隔膜浸泡前的重量后，將隔膜浸末于電解液中一段時(shí)間，然后取出再次稱量浸泡之后的重量，通過查看前后重量的變化來計(jì)算吸液率。
機(jī)械強(qiáng)度
隔膜雖然不需要極高的機(jī)械強(qiáng)度，但是需要一定的力學(xué)強(qiáng)度防止電應(yīng)力和裝配過程中對(duì)隔膜造成傷害。鋰離子電池的機(jī)械性能分為拉伸強(qiáng)度和刺穿強(qiáng)度，其中拉伸強(qiáng)度分為兩個(gè)部分，一部分為縱向，另一部分為橫向。隔膜的拉伸強(qiáng)度要求達(dá)到大于1500kg/cm2,這是因?yàn)樵谥苽滗囯x子隔膜流程中需要卷繞工序。而隔膜的穿刺強(qiáng)度要求大于500g/mil。
耐熱性
隔膜的耐熱性是保證電池安全的一個(gè)重要指標(biāo)。電池在充放電過程中難免會(huì)產(chǎn)生熱量，尤其是在非正�；蛘卟涣际褂茫ㄟ^充、過放、濫用）下釋放的大量熱量，使得電池內(nèi)部溫度急劇升高，當(dāng)溫度達(dá)到隔膜材料的軟化點(diǎn)甚至熔點(diǎn)時(shí)，隔膜會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象甚至熔化，無法在起到絕緣正負(fù)極的作用，使得電池短路甚至爆炸。因此，隔膜材料應(yīng)當(dāng)具有良好的耐熱性，而鋰離子電池用隔膜的耐熱性應(yīng)該包括兩個(gè)方面：其一是能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持尺寸穩(wěn)定性（耐熱收縮性）；其二為高溫下仍然能夠保持隔膜形態(tài)的完整性（耐高溫性）。隔膜的耐熱性一般是采用熱比較法來測(cè)試的。通過將隔膜在一定溫度下保持一段時(shí)間，取出后比較未熱處理之前和熱處理之后隔膜尺寸的變化來衡量隔膜的耐熱性。
電阻
隔膜在電池中既要絕緣阻擋電子流通又要使離子順利通過充當(dāng)離子導(dǎo)體。在充放電過程中電解液的離子在隔膜之間來回穿過會(huì)受到隔膜結(jié)構(gòu)（孔、厚度等）影響產(chǎn)生電壓降，而持續(xù)的電壓降是內(nèi)阻升高的標(biāo)準(zhǔn)從而使得電池的性能持續(xù)降低。因此，隔膜的電阻是一個(gè)重要的表征指標(biāo)，它是由隔膜曲折度、孔隙率、厚度、親液性等共同決定的一個(gè)綜合參數(shù)。一般是利用雙不銹鋼電極體系采用交流阻抗法測(cè)定隔膜的電阻。
離子電導(dǎo)率
隔膜的離子電導(dǎo)率是指被電解液充分潤(rùn)濕后的隔膜/電解液體系的離子流通能力。鋰離子的性能主要依賴于隔膜內(nèi)電解液的離子傳導(dǎo)能力。常用的有機(jī)系液體電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率在10-4—10-3S/cm。隔膜雖然在一方面起到防止正負(fù)極兩極的接觸短路，但是隔膜所占的體積無疑也使電極間電解液容量減少，造成電解液有效離子傳輸下降，電阻增加。因此，在保證隔膜有效地隔離正負(fù)極之后，應(yīng)該盡量減小隔膜的厚度來壓縮兩電極之間的空隙。這樣就可以提高隔膜/電解液體系的離子電導(dǎo)率。隔膜電解液體系的離子電導(dǎo)率一般采用交流阻抗法來測(cè)定。
化學(xué)穩(wěn)定性及電化學(xué)穩(wěn)定性
隔膜長(zhǎng)時(shí)間是被電解液所浸潤(rùn)，并需要長(zhǎng)期在電池中穩(wěn)定存在不能有收縮現(xiàn)象和被溶劑溶脹等。同時(shí)不被強(qiáng)氧化性的電解液降解和在循環(huán)的電化學(xué)反應(yīng)過程中嚴(yán)格的呈現(xiàn)出電化學(xué)惰性。材質(zhì)是決定隔膜的穩(wěn)定性（耐溶劑性、耐強(qiáng)氧化性、耐電化學(xué)穩(wěn)定性）的本質(zhì)原因。隔膜的電化學(xué)穩(wěn)定性可以通過線性伏安掃描法來測(cè)試。
熱關(guān)斷性
鋰離子電池應(yīng)用受限于安全性，所以在制造、使用過程中，電池的安全極為重要。而對(duì)于熱失控引起的短路問題來說，通過具有熱關(guān)掉性能的隔膜是解決此類問題最為簡(jiǎn)單有效的方法。隔膜的熱關(guān)斷是電池溫度達(dá)到聚合物熔點(diǎn)附近時(shí)，聚合物發(fā)生軟化使得自身微孔結(jié)構(gòu)坍塌，并且隔膜的形態(tài)仍然保持完整性，使得離子電導(dǎo)率下降至離子絕緣體，這時(shí)電池的內(nèi)阻無限大，電池相當(dāng)于被關(guān)掉，阻止了電化學(xué)進(jìn)一步發(fā)生，體系溫度惡化。隔膜的熱關(guān)斷性能可以通過將隔膜加熱到高溫，然后測(cè)定其電阻變化來進(jìn)行表征。
