锂离子电池之隔膜材料都有哪些性能呢

目前商业化锂离子电池中，隔膜材料主要是聚烯烃高分子材料，涉及的关键性能较多，主要包括：厚度、孔隙率与孔径分布、透气值、电解液浸润性、离子电导率、穿刺强度、热性能。



图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

1、厚度

厚度是隔膜重要的基本特性之一，包括隔膜基膜及涂层截面方向的尺寸。一般保证隔膜强度的情况下，隔膜越薄越好。隔膜薄对提升电芯（电池去除外壳和保护电路的部分）能量密度有益；隔膜厚，锂离子电池发生短路的概率低，安全性好。



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通常要求，机械拉伸方向的隔膜厚度与垂直于机械拉伸方向的隔膜厚度保持一致（个人理解：沿上述两个方向拉伸，均不出现隔膜厚度不均匀的情况）。



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不同的需求采用不同材质与厚度的隔膜。手机、笔记本电脑等消费类锂离子电池的隔膜厚度逐渐以25um为标准，但由于用户对便携式产品需求的日益增长，20um、18um、16um或更薄的薄膜开始得到应用。动力电池由于装备过程的机械要求（个人理解：过于薄的隔膜在电池组装中容易破损）和更高的安全性需求，往往需要更厚的隔膜。

2、孔隙率与孔径分布

孔隙率与孔径分布是隔膜微观结构的重要属性。

孔隙率的定义是孔隙体积占整体体积的比例，孔隙率对电解液保液量（根据文献和网络资料理解：隔膜可以保持含有电解液多少的度量，电解液保液量过低对电池性能有负面影响，电解液保液量过高对电池外观有负面影响）、锂离子电池内阻、自放电等均产生一定程度的影响。

一般，隔膜孔隙率越大，对电解液保液量越大，锂离子通过隔膜传输阻隔越小，电芯内阻越小。但当隔膜孔隙率过高，孔径过大，锂离子电池正负极极片直接接触的概率增大，自放电值增大。



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当隔膜孔径分布不均匀时，在锂离子电池大倍率充放电的情况下，电流密度分布可能不均匀，影响锂离子电池循环寿命等性能。

孔隙率测试一般使用吸液法、计算法、测试法。其中计算法通常被隔膜厂商使用。孔隙率的计算公式如下：

孔隙率（%）=（1-（隔膜质量/骨架密度）/隔膜表观体积）×100% 其中骨架密度是隔膜所使用原材料的密度（个人理解：未制作出多孔结构时，原材料的密度）。个人理解：隔膜表观体积是隔膜（个人理解：已制作出多孔结构）在肉眼观察的条件下所测得的体积。

现阶段商业化锂离子电池中，湿法PE（聚乙烯）隔膜孔隙率一般处于35%~48%之间，干法PP（聚丙烯）隔膜孔隙率一般处于45%~55%之间。

3、透气值

透气值反映隔膜的透过能力，一般采用Gurley法进行测试，透气值的单位为秒。透气值的定义是一定体积（如100cm3）的空气，在一定压力下，通过一定面积的隔膜所需要的时间。

对于不同种类的隔膜，因为不同种类隔膜的微观结构不同，所以无法直接通过透气值比较不同种类隔膜的性能优劣。对于同种类隔膜，其他条件不变，透气值越大，所制作的锂离子电池内阻越大。

审核编辑：刘清