锂电池隔膜技能培训(锂电技术培训)

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电池隔膜对电池安全性和成本有哪些影响,该如何制备隔膜?

隔膜是锂离子电池中的关键材料,其材料的稳定性和循环寿命直接影响电池的安全性和成本。目前主流的隔膜类型主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅/硅合金、硅/铝等。本文主要介绍不同类型电池隔膜的性能及其影响因素。在锂离子电池中,隔膜能够提供一定的空间,作为负极表面对锂离子提供保护或隔离作用。近年来锂离子电池成本居高不下、充放电次数不断增加等问题引起了人们对锂离子电池安全性能和成本问题进行深入研究。

隔膜主要分为聚丙烯(PP)和聚丙烯酸(PAN)两种。PAN纤维具有优异的耐热、耐寒、电绝缘性,化学稳定性较好,同时其良好的电化学性能使其在锂离子电池领域有着广阔的应用前景。聚丙烯酸(PAN)具有优异的电绝缘性,其电化学性能也优于 PAN纤维,且具有良好的热稳定性,对锂离子电池具有良好的导电性和隔阻性能。随着锂离子电池产量不断增长以及动力电池安全性问题的日益凸显,锂离子电池隔膜材料也向着高电化学性质方向发展。

隔膜在电池充放电过程中具有较高的导电性,可防止锂离子在负极表面形成短路,减少锂离子电池内部短路事故的发生。同时其还能提高电池的循环稳定性,延长电池的使用寿命。目前锂离子电池材料主要有硅基电池隔膜和铝基电池隔膜。基于对隔膜各性能特点及影响因素的分析,本部分主要对已报道隔膜做简单介绍。

目前锂离子电池隔膜制备主要分为两种工艺:热压法和溶胶-凝胶法。热压法是将待加工的基材通过一定的压力(一般为80-100 MPa)形成一定厚度的薄膜,再经过挤出制成模压的制品;溶胶-凝胶法是通过热固化工艺将待加工原料经过热固化工艺制备得到不含添加剂的胶体材料;溶胶-凝胶法是通过溶剂蒸发工艺制备得到胶体物质。通过对上述两种工艺对隔膜性能和循环寿命的影响进行分析和评价发现,热压法所制备的隔膜能满足电池负极材料的使用要求,且该方法所具有技术成熟度高,成本低廉等优点,因此越来越多地应用于大容量锂离子电池行业。溶浆-凝胶法隔膜由于制作工艺简单、成本低等优势一直受到国内外研究者的关注,然而通过添加适量助剂调节粘度或溶剂对基材等有一定粘度后就会影响最终所制隔膜在循环使用中的性能。

综上所述,目前常用的5种电池隔膜性能各不相同,性能的好坏直接影响电池安全性。目前,电池隔膜主要有以下几种类型:聚乙烯隔膜、聚氯乙烯隔膜、聚丙烯隔膜等。不同类型电池隔膜在充放电性能和成本方面有很大差别,其制备工艺复杂,因此目前仍未得到广泛应用。锂离子电池安全问题一直困扰着电池界人士,因此提高锂离子电池安全性能被视为锂电行业发展关键所在。未来在锂离子电池安全性能提高的基础上,需开发更具实用性和耐久性的电池隔膜。同时,进一步开发高效无毒无毒且成本较低可靠的隔膜制备工艺至关重要。

锂离子电池隔膜的特性

锂电池隔膜的要求:(1)具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;(2)有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;(3)由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物,隔膜必须耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性;(4)对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力;(5)具有足够的力学性能,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;(5)空间稳定性和平整性好;(6)热稳定性和自动关断保护性能好。动力电池对隔膜的要求更高,通常采用复合膜。(6)隔膜受热收缩要小,否则会引起短路,进而引发电池热失控。

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锂电池组装方法可以分为两种形式,一种是锂电池厂家方面的生产组装,一种是个人购买电芯来进行DIY组装。要组装的锂电池电芯选取的时候除了注重电池电芯品牌质量外,还要注意电芯之间的电压、内阻、容量、放电性能等方面的一致性误差越小越好。不能新旧电池电芯混合使用,这样回让新电池电芯损坏过快,影响整个电池组的寿命;不同性能间的锂电池芯不能混用,即高温电池不能与普通电池混用,低温电池不能与高温电池混用。组装锂电池时要注意电池不是可以无限串联和并联使用的,是受电芯质量和电池管理系统水平限制的;注意组装时发生短路,避免发生事故;要事先准备事故发生后能安全处理的措施。

锂电池薄膜厚度测量的方法和技术是什么?

隔膜厚度在线检测原理主要是将射线通过隔膜以后的衰减量转换成隔膜厚度。这意味着在检测过程中必须要保证检测的精度和稳定性。

随着锂电能量密度的提高,电池的隔膜也越来越薄,测量的精度也要求越来越高,一般企业测量用千分尺,也有“GB/T6672-2001塑料薄膜和薄片厚度测定_机械测量法”这一个标准测量法,国际上也有相应的标准进行测量,但这些标准均不是对隔膜所制定的,所以存在测试范围宽,精度低等问题,所以要求准确的企业一般采用精密测厚仪进行测量。

但由于隔膜材质软,测量时候的压力过大会导致测量的数据不准确,所以也有企业用非接触式的测厚仪进行测量,但是隔膜具有多孔结构,采用非接触的测量时也会导致厚度测量不一致的问题,所以在实际测量过程需要根据隔膜的种类选择不同的测试的方法。

锂电隔膜技术检测方法有哪些?

1.厚度

锂电池隔膜厚度在线控制技术主要有两个,一个是MD(纵向)控制和CD(横向)控制;另一个是隔膜在线机器视觉检测技术。所谓的MD控制和CD控制就是指通过控制上料螺杆转速或牵引速度来进行MD方向的厚度闭环控制;以及通过扫描架进行数据测量,最终实现CD方向的数据闭环控制。

2.弯曲度

有些企业也叫拱形度,指锂电池隔膜分切后产生的弧形,弧形明显时会造成叠片不齐,卷绕时产生涡状,造成极片外露进而短路。测试方法为将隔膜条平铺于桌面上,与钢板尺边缘进行平行度的对比,可以得到隔膜的弧度。

3.透气度

隔膜在一定条件下一定体积的空气通过隔膜所需要的时间,也称作Gurley值,其大小对锂电池的性能具有一定的影响,一般采用ASTM测试法。

4.孔隙率

空隙的体积占整个体积的比例,测试方法有吸液计算法以及测试法,吸液计算法是将锂电隔膜浸润在已知溶剂中,通过测量隔膜浸润前后的质量差计算出隔膜被液体占据的空隙体积,压汞测试法是利用外力对隔膜施加压力将汞压入隔膜的孔隙之中,然后通过测量压入汞的体积来计算隔膜的孔隙率,多次测量后取平均值。

5.孔径分布

也可采用压汞仪进行测量,采用压汞法即测量汞压入孔所施压力计算出孔径参数,但需要说明的是压汞仪测量出来的结果包含通孔和非通孔,而且干法锂电隔膜在汞浸入是会产生应力破坏隔膜的微孔结构,所以实际测试时也会采用毛细管流动分析仪进行测量,采用惰性气体冲破已润湿的隔膜,测量气体流出的压力值,通过计算得到孔径参数。

6.浸润性

一般采用接触角测量法,其原理在负极相关知识介绍中已经详细介绍过,在此不在重复。

7.电性能

将锂电隔膜和正负极、电解液组装到一起进行倍率、高低温、存储、循环、内阻、安全等测试比较不同隔膜的性能。

作为四大主材之一的锂电隔膜,虽然其组成成分比较单一,但测试的项目还是比较多的,随着技术的发展,陶瓷隔膜已经的到了广泛的应用,涂胶隔膜、功能性涂层隔膜、无纺布隔膜等新型隔膜也逐渐应用到了锂离子电池中,相信在不就的将来,更多高安全性、高机械性能的隔膜也将逐渐走入到锂离子电池行业中。

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