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锂电池隔膜孔径分析

 发布时间:2014-11-05 点击量:1568

        在锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
        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。
        根据不同的物理、化学特性,锂电池隔膜材料可以分为:织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点,因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂电池研究开发初期便被用作锂电池隔膜。尽管用其他材料制备锂电池隔膜,如1999年F,Boudin 等[3] 采用相转化法以聚偏氟乙烯(PVDF)为本体聚合物制备锂电池隔膜;Kuribayash Isao等[4] 研究纤维素复合膜作为锂电池隔膜材料。然而,至今商品化锂电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。固体和凝胶电解质开始被用作一个特殊的组件,同时发挥电解液和电池隔膜的作用,是一项新兴的技术手段。表1-2给出了锂电池隔膜的主要生产商及其主要产品信息。
         锂电池隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以及与电解液的浸润度有直接的。世界前三大隔膜生产商日本Asahi(旭化成) 、美国Celgard 、Tonen(东燃化学)都有自己独立的高分子实验室,并且化学背景非常深厚。国内锂电池厂家所采用的基体材料基本都是通过外购,自身研发实力不强。据了解旭化成与Celgard已经自己生产部分聚丙烯、聚乙烯材料。特别是Tonen(东燃化学)和美孚化工合作后,采用美孚化工研发的高熔点聚乙烯材料后,Tonen推出熔点高达170℃的湿法PE锂电池隔膜。采用特殊处理的基体材料,可以极大的提高隔膜的性能,从而满足锂电池一些特殊的用途。

3H-2000PB型锂电池隔膜孔径分析仪应用范围:

3H-2000PB型锂电池隔膜孔径分析仪主要用于滤膜、织物、纤维、纸张、陶瓷、烧结金属、岩石、混凝土等材料的贯通孔的孔径分布及渗透率测试。

 

3H-2000PB型锂电池隔膜孔径分析仪性能参数

 

分析功能:泡点直径(zui大孔直径);平均流量孔径(平均孔径);zui小孔径;

 

孔径分布、累计/差分流量分布;气体渗透率;干、湿气体流量;

 

测试过程:全自动;

 

真空助润装置:仪器具有全自动真空助润装置,可自定义自动真空润湿的次数和时长;

 

孔径测试范围:0.02-500um;

 

压力测试范围:0-1bar,0-40bar;高精度进口双压力传感器,分段压力量程,量程互补,自动切换;

 

流量测试范围:0-1L/min,0-100L/min;高精度进口双流量传感器,分段流量量程,量程互补,自动切换;

 

样品池:标配:圆形;

 

直径13mm(适应样品厚度0-6mm);

 

直径25mm(适应样品厚度0-7mm);

 

直径47mm(适应样品厚度0-9mm);

 

其它形状和尺寸可定做;

 

测试精度:压力灵敏度:± 0.05 mbar ;  

 

流量灵敏度:± 0.5ml/min;

 

气路管路:全不锈钢管路,金属硬密封,密封性好,耐压高,耐腐蚀,高耐用;

 

仪器配件:关键部件压力传感器、流量传感器、阀门、管路、接头等全部进口;

 

售后服务:专业且完善的售后服务系统,可提供24小时咨询,48小时内现场服务,北京,上海,广州均设有服务机构,全力保障用户仪器正常运行;

 

仪器规格:尺寸:长72cm宽55cm高48cm,净重:35Kg,电压:AC220v±5%,功率小于1000瓦。

 

3H-2000PB型基本原理:

以某种膜材料为例,将膜用可与其浸润的液体充分润湿,由于表面张力的存在,浸润液将被 束缚在膜的孔隙内;给膜的一侧加以逐渐增大的气体压强,当气体压强达到大于某孔径内浸润液的表面张力产生的压强时,该孔径中的浸润液将被气体推出;由于孔径越小,表面张力产生的压强越高,所以要推出其中的浸润液所需施加的气体压强也越高;同样,可知,孔径zui大的孔内的浸润液将首先会被推出,使气体透过,然后随着压力的升高,孔径由大到小,孔中的浸润液依次被推出,使气体透过,直至全部的孔被打开,达到与干膜相同的透过率;

首先被打开的孔所对应的压力,为泡点压力,该压力所对应的孔径为zui大孔径;  在此过程中,实时记录压力和流量,得到压力-流量曲线;压力反应孔径大小的信息,流量反应某种孔径的孔的多少的信息;然后再测试出干膜的压力-流量曲线,可根据相应的公式计算得到该膜样品的zui大孔径、平均孔径、zui小孔径以及孔径分布、透过率。

 

孔径和压力的关系如Washburn公式:

               D=4γCos θ/ p

公式中D=孔隙直径  γ=液体的表面张力  θ=接触角和p=压差

 

孔径分布的流量百分比:

               f(D) = - d[Fw/Fd)x100]/dD

公式中Fw为湿样品流量,Fd为干样品流量

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