在新能源汽车和便携电子设备蓬勃发展的当下,锂电池作为核心供能部件,其性能优劣直接左右着设备的续航、充放电效率以及安全可靠性。而在锂电池的复杂构造中,有一个关键却常被忽视的部分——隔膜。看似轻薄不起眼的隔膜,实则宛如电池内部的“隐形卫士”,不同材料制成的隔膜,正以各自独特的性能,在微观世界里重塑电池性能边界,深刻影响着我们生活的方方面面。从传统的聚烯烃材料,到新兴的陶瓷复合隔膜,它们究竟为锂电池性能带来了怎样的改变?
01 聚烯烃类隔膜
(1)聚丙烯(PP)隔膜:
优势:机械强度高,化学稳定性良好,能在电池充放电的应力变化中保持稳定,不易破损。同时,其熔点较高,高温下尺寸稳定性佳,对提升电池安全性有很大帮助。
不足:孔隙率较低,致使锂离子传输通道受限,电池内阻较大,充放电效率与倍率性能相对欠佳。
(2)聚乙烯(PE)隔膜:
优势:熔点较低,电池过热时可快速闭孔,阻断离子传导,有效防止短路,安全保护性能出色。且孔隙率高,锂离子传输效率好,能提升电池的充放电和倍率性能。
不足:机械强度相对较弱,在电池充放电过程中易受挤压和拉伸影响,导致隔膜破裂或变形,进而影响电池的安全性与使用寿命。
(3) 聚丙烯 / 聚乙烯 / 聚丙烯(PP/PE/PP)复合隔膜:
优势:融合了 PP 和 PE 隔膜的长处,既具备较高的机械强度与化学稳定性,又拥有良好的热稳定性和闭孔性能。
不足:制备工艺复杂,成本较高。而且在高倍率充放电时,因隔膜内部结构复杂,锂离子传输会受到一定阻碍,电池的倍率性能还有提升空间。
02 纤维素隔膜
优势:孔隙率高,电解液浸润性好,能为锂离子提供更多传输通道,降低电池内阻,提高充放电和倍率性能。此外,化学稳定性和热稳定性较好,能在较宽温度范围内保持良好性能。
不足:机械强度较低,需改进制备工艺或添加增强材料来提升强度,以满足电池使用要求。
03 芳纶隔膜
优势:机械强度、耐高温性能和化学稳定性都极为优异,能承受高温和高压,不易变形与破裂。同时,具有良好的阻燃性能,可提高电池的安全性。
不足:制备工艺复杂,成本高昂,限制了大规模应用。并且其孔隙率和锂离子传输性能较低,需要进一步优化结构和性能,以提高电池的充放电效率和倍率性能。
04 陶瓷涂层隔膜
优势:陶瓷涂层硬度高、耐高温,可增强隔膜的机械强度和热稳定性。在电池充放电时,能有效抑制隔膜收缩和变形,防止正负极短路,提高电池安全性。另外,还能增加隔膜孔率和电解液浸润性,提升锂离子传输效率,改善电池充放电和倍率性能。
不足:制备工艺要求精确,否则易导致涂层不均匀或与隔膜基体结合不牢,影响隔膜性能。而且成本相对较高,会增加电池生产成本。
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文章来源:中国塑协电池薄膜专委会
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