中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：動(dòng)力電池對(duì)隔膜最基本的要求就是穩(wěn)定性，包括熱穩(wěn)定、電化學(xué)穩(wěn)定以及機(jī)械性能穩(wěn)定；在此基礎(chǔ)上，還需要隔膜提升一致性，并進(jìn)一步優(yōu)化孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)以及吸液保液能力。
天津力神電池股份有限公司聶磊部長(zhǎng)作了“鋰離子動(dòng)力電池用新材質(zhì)隔膜發(fā)展應(yīng)用及評(píng)測(cè)”的主題分享。
聶磊部長(zhǎng)表示，隔膜也是一個(gè)講究綜合性能的產(chǎn)品，其性能指標(biāo)相互影響并相互制約。此外，僅僅是基本指標(biāo)并不能完全反映隔膜在動(dòng)力電池中的表現(xiàn)，因此，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池最優(yōu)的電化學(xué)和安全性能，需要在關(guān)注MD和TD方向的同時(shí)，增加垂直方向VD在固定張力或者壓力下的機(jī)械性能和電化學(xué)性能。
按照成熟度，隔膜可分為新材質(zhì)和傳統(tǒng)聚烯烴產(chǎn)品。目前應(yīng)用最廣泛的還是聚烯烴及其涂層改性產(chǎn)品；而由于特殊的物理性質(zhì)，新材質(zhì)類(lèi)幾乎都不能單獨(dú)的應(yīng)用在生產(chǎn)中，需要做涂層或者填充才能夠真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
但是從性能的角度講，新材質(zhì)是優(yōu)于傳統(tǒng)隔膜的。
傳統(tǒng)的隔膜分為直通孔、密閉孔、正?？住胪?，除正?？淄?，其他孔在動(dòng)力電池中均是負(fù)面作用大于正面作用。新材質(zhì)類(lèi)隔膜和傳統(tǒng)隔膜相比，差異非常大，其抗拉強(qiáng)度比現(xiàn)在的隔膜要低很多，這就需要?jiǎng)恿﹄姵厣a(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝和設(shè)備做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
新材質(zhì)涂層隔膜在動(dòng)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(jiàn)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(lèi)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(jīng)失效。總體來(lái)看，PP略?xún)?yōu)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(qū)區(qū)”30℃對(duì)一些三元電池的安全性來(lái)講，可能就是通過(guò)或者不通過(guò)的區(qū)別。從這個(gè)角度看，提高隔膜性本指標(biāo)對(duì)提升動(dòng)力電池安全性能至關(guān)重要。
2、涂層隔膜抑制極組形變
電池生產(chǎn)過(guò)程中極片和隔膜難免會(huì)產(chǎn)生一些不能釋放的應(yīng)力，包括正負(fù)極材料會(huì)有一個(gè)體積變化。體積變化之后就會(huì)導(dǎo)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(dòng)力電池效果還在測(cè)試中，還沒(méi)有數(shù)據(jù)。
此外，涂層也能耐一定的程度上金屬雜質(zhì)的擊穿，還有對(duì)一些由于非常低的MD方向抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)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(duì)比
天津力神在開(kāi)發(fā)能量密度240wh/kg、充放電倍率為2C的軟包電池時(shí)對(duì)比了氧化鋁涂層和耐高溫PET涂層隔膜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，耐高溫PET涂層隔膜在充放電容量上高出兩個(gè)百分點(diǎn)，在高溫存儲(chǔ)性能上卻稍低兩個(gè)百分點(diǎn)，此外將兩種隔膜循環(huán)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(xué)性能差異并不是很大。
但在熱穩(wěn)定性上，兩者差異非常明顯，耐高溫隔膜產(chǎn)品的安全都是比較穩(wěn)定的能夠通過(guò)，涂層隔膜在做前面這幾項(xiàng)安全測(cè)試的時(shí)候則是有機(jī)率的個(gè)別項(xiàng)目能夠通過(guò)。比如過(guò)充試驗(yàn)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(guò)過(guò)充測(cè)試，而同一款電池使用其他涂層隔膜僅單體可以通過(guò)，而3P模塊時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足電池過(guò)充要求。
此外，在針刺實(shí)驗(yàn)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(méi)什么反應(yīng)，電池沒(méi)有變化。
天津力神通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)隔膜，新材質(zhì)在熱穩(wěn)定性、孔隙率、具有非常大的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題。
第一就是穿刺強(qiáng)度不夠，有一些樣品有非常弱的顆粒黏結(jié)特性，這對(duì)卷繞設(shè)備提出了挑戰(zhàn)。有的卷繞的時(shí)候就開(kāi)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(gè)問(wèn)題是必須要要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，否則，孔隙率和內(nèi)阻分布非常難以控制。此外還有一些新材質(zhì)對(duì)水分要求非常高，有些新財(cái)政擊穿電壓非常低，這些都需要對(duì)生產(chǎn)工藝提出了新的要求。
第三個(gè)問(wèn)題則是成本問(wèn)題。其實(shí)新材質(zhì)隔膜從材料本身和涂層黏結(jié)劑、穩(wěn)定劑來(lái)說(shuō)成本并不貴，而且這些材料非常容易得到，但由于沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，成本暫時(shí)顯得非常高，對(duì)推動(dòng)應(yīng)用也造成了影響。
第四個(gè)問(wèn)題是隨著電池容量的增大，安全性越來(lái)越差，做到200wh/kg的時(shí)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(shí)，不管是什么隔膜對(duì)安全性能測(cè)試結(jié)果似乎沒(méi)有這么明顯的差異。
