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陶瓷隔膜熱收縮的影響因素

陶瓷隔膜熱收縮的影響因素

  • 分類:行業動態
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  • 來源:
  • 發布時間:2022-02-22
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【概要描述】為了提高鋰離子電池的可靠性,添加無機陶瓷材料制成鋰離子電池陶瓷隔膜的方法得到了很多關注,所采用的無機物一般為氧化鋁、勃姆石等。這種方法利用了無機陶瓷材料的高強度和耐高溫性能。但無機陶瓷材料無法直接附著在多孔聚烯烴隔膜上,故需要結合劑為無機陶瓷顆粒之間、無機陶瓷顆粒與多孔聚烯烴隔膜之間提供粘合。

陶瓷隔膜熱收縮的影響因素

【概要描述】為了提高鋰離子電池的可靠性,添加無機陶瓷材料制成鋰離子電池陶瓷隔膜的方法得到了很多關注,所采用的無機物一般為氧化鋁、勃姆石等。這種方法利用了無機陶瓷材料的高強度和耐高溫性能。但無機陶瓷材料無法直接附著在多孔聚烯烴隔膜上,故需要結合劑為無機陶瓷顆粒之間、無機陶瓷顆粒與多孔聚烯烴隔膜之間提供粘合。

  • 分類:行業動態
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  • 發布時間:2022-02-22
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詳情

       鋰離子電池使用日益普及,對于鋰離子電池性能的要求也隨之提高。作為鋰離子電池的關鍵內層組件之一的隔膜,其性能決定著電池的界面結構、內阻等,直接影響著電池的容量、循環以及電池的安全性能。在鋰離子電池中,隔膜吸取電解液后,可以隔離正負極以及防止短路,同時允許鋰離子的傳導;在過度充電或溫度升高時,隔膜通過閉孔阻隔電流傳導,防止爆炸。隔膜性能的優劣決定著電池的容量、循環性能、充放電電流密度等關鍵特性。熱收縮性能表征隔膜性能的一項重要指標,同時也是關系電池安全性能的一項重要性能。

       目前市場上所使用的鋰離子電池隔膜主要為:聚烯烴類隔膜、無紡布基隔膜以及其他類型的隔膜。雖然聚烯烴隔膜具有很多優點,但它們的熱穩定及機械性能很差。而在電池使用中,由于外部及內部原因,電池的溫度會有所上升,就會造成隔膜的收縮,進而造成短路,起火,甚至爆炸。鋰電池的3C市場對電池隔膜提出了新要求,需要向厚度更薄、耐熱性能更好的方向發展。著進一步突出了陶瓷隔膜的熱收縮性能的重要性。

       為了提高鋰離子電池的可靠性,添加無機陶瓷材料制成鋰離子電池陶瓷隔膜的方法得到了很多關注,所采用的無機物一般為氧化鋁、勃姆石等。這種方法利用了無機陶瓷材料的高強度和耐高溫性能。但無機陶瓷材料無法直接附著在多孔聚烯烴隔膜上,故需要結合劑為無機陶瓷顆粒之間、無機陶瓷顆粒與多孔聚烯烴隔膜之間提供粘合。

       緊湊堆積的納米顆粒,可以得到更好的熱收縮性能,即熱收縮小。陶瓷涂層雖然不能避免在高溫下多孔聚烯烴隔膜的熔融,但在多孔聚烯烴熔融后,仍可自支撐成為一個單獨層而防止正極、負極的物理接觸,而隨著陶瓷涂層厚度的增加,其起始熱收縮的溫度會提高。

       聚烯烴類隔膜自身抗熱收縮性能較差,所以,一般需要通過額外的涂層來改善其熱收縮性能。因而,對涂層的基本要求是抗熱收縮性能好而又對諸如離子透過性、涂覆膜在電池中的穩定性等性能影響不大。陶瓷涂層是普遍的選擇,例如氧化鋁涂層、勃姆石涂層。隔膜上的涂層的熱收縮性能對于成為整個鋰離子電池隔膜的熱收縮性能起到了決定性作用。

1、氧化鋁顆粒的粒度

理論上,完美球體的堆積密度與球體的直徑無關,但在實際操作中,因球體并不是完美球體,故由粒徑小的顆粒相對較容易得到較大的堆積密度。采用較大顆粒的類球形氧化鋁顆粒的陶瓷涂覆膜的熱收縮率要高于采用較小粒徑的。這正是由于較小粒徑的顆粒得到了較大堆積密度的陶瓷涂覆膜,較大的堆積密度會導致較小的熱收縮率。

2、氧化鋁顆粒的形貌

由于類球形顆粒形貌規則,故其容易形成較高的堆積密度,進而其熱收縮性能較優。相對的,花生狀顆粒不易形成較致密的堆積,松散堆積中空隙較多,這在熱收縮過程中會造成不利影響,導致熱收縮過大。

3、粘結劑的種類

選用不同種類的粘合劑,分別與氧化鋁分散液配成涂布液,涂覆在PE基膜上,分別測試涂層在MD和TD方向上130℃,1h的熱收縮率。粘結劑的玻璃化轉化

4、粘結劑的用量

用不同含量的粘結劑與氧化鋁分散液配成涂布液,涂覆在PE基膜上,分別測試涂層在MD和TD方向上120℃,1h的熱收縮率??梢缘玫?,在一定范圍內,隨著粘合劑含量的增加,涂層膜的熱收縮性能變差。首先,粘合劑本身就是高分子材料,受熱收縮,含量增加后,收縮率變大;相應的主要起熱收縮作用的氧化鋁含量降低,涂層膜熱收縮性能變差;最后隨著粘合劑含量的增加,涂層的堆積密度變小,液導致其熱收縮性能變差。

5、成膜助劑

成膜助劑可以降低粘合劑的成膜溫度,在一定程度上降低隔膜熱收縮,但存在一些問題需要注意,添加方式的嚴格控制、成膜助劑揮發速率大,影響存放時間,油性成膜助劑超過一定量后,影響涂布表觀;干燥工藝嚴格,殘留使電池安全性能變差。

6、涂層厚度

隨著涂層厚度的增加,陶瓷涂覆的熱收縮率,會有一個明顯的減低。陶瓷涂覆膜主要由熱收縮性能較差的基膜和熱收縮性能較好的涂層組成,基膜的交聯密度、加工工藝等都會對基膜的熱收縮性能造成影響。如果涂層僅有耐熱性能而無強度時,其對基膜的熱收縮性能并未改善。這說明無機涂層對基膜收縮的支撐作用,以及對涂層強度的要求。當涂層支撐強度小于基膜的熱收縮應力時,鋰離子電池陶瓷涂覆膜的熱收縮性能較差,當涂層支撐強度等于或者高于基膜的熱收縮應力時,鋰離子電池陶瓷涂覆膜的熱收縮性能變好。

 

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