锂离子电池隔膜基础知识共33页
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精品文档.电池隔离膜1.功用:(1)阻隔电池正负极2)让离子电流(ionic current )通过,但阻力要尽可能地小。
因此,吸收电解液之后所表现出来的离子导电度便与(1)隔离膜孔隙度(porosity )、(2)孔洞弯曲度(tortuosity )、(3)电解液导电度、(4)隔离膜厚度、及(5)电解液对隔离膜的润湿程度等因素有关系隔离膜的引入而对离子传导所额外产生之电阻,应该是隔离膜吸收电解液之后的电阻减去与隔离膜相同面积和厚度之纯电解液的电阻,亦即R (隔离膜) = R (隔离膜 +电解液) – R (电解液) 电阻R 的定义为:Aσ1R ⨯=( 是离子传导途径的长度,A 是离子传导的有效面积,σ是离子导电度(比电阻ρ的倒数))多孔薄膜的孔洞弯曲度d s T =s 是离子经由隔离膜所必须行经之长度,d 则是隔离膜的厚度。
多孔薄膜的孔隙度P 之定义为孔洞的体积和隔离膜外观几何体积的比值Ad A P s s =(其中A s 代表隔离膜负责离子传导的有效面积)所以得T P A A s ⨯= ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=1 R 2P T R 電解液隔離膜 吸收了电解液之后的隔离膜,其电阻是原先没有隔离膜存在时的 (T 2/P) 倍。
当孔洞弯曲度T 愈大,薄膜孔隙度P 愈小时,隔离膜的电阻就愈大2. 隔离膜之材质与制备隔离膜具多孔性的结构,孔径范围约在0.1 μm 或100 nm ,表面积非常大,受到电解液侵蚀的机率也当然跟着提高,材料的选择重要。
材质有塑料类、玻璃类、和纤维素(cellulose )类等,以塑料类为最大宗,最常见的有聚氯乙烯(polyvinyl chloride ;PVC )、聚醯胺(polyamide )、聚乙烯(polyethylene ;PE )、及聚丙烯(polypropylene ;PP )。
塑料类隔离膜之所以应用地最广,除了是因为它比较易于控制厚度之外,也跟1960年代开始日益成熟的高分子科学及加工技术有密不可分的关系.目前, 商业化的锂离子电池都是采用聚烯烃类(polyolefin )的多孔高分子薄膜(如表1.1)作为隔离膜,有的是PP ,有的是PE ,也有用PP/PE/PP 三层合一的。
锂电池隔膜知识详解锂电池隔膜知识详解
①充电
充电前锂离子嵌在正极材料的层状结构中
开始充电后,正极材料失去电子,锂离子从正极材料中脱嵌而出
☝☝☝
电子通过隔膜示意图
隔膜(中间部分的薄膜),到达负极石墨材料锂离子通过电解液和隔膜
继续充电,正极材料持续失去电子,锂离子也持续脱嵌,直至充电完成
②放电
电子从负极材料离开,通过外电路流向正极,失去电子的锂离子也从石墨层间脱嵌而出
隔膜回到正极材料
从负极脱嵌后的锂离子再次通过电解液及隔膜。
锂离子电池隔膜介绍咱今儿来聊聊锂离子电池里的一个关键配角——隔膜。
说起这玩意儿,它就像是电池里的一堵墙,看着不起眼,可没了它,整个电池就得罢工。
你说说,这隔膜薄得跟蝉翼似的,轻得像一片羽毛,可就是这么个小东西,在电池里可是个大忙人。
它就跟咱们小区的保安大爷似的,整天盯着正负极,生怕它们打架。
记得我刚学这个的时候,老师打了个特别形象的比方:"你们想象一下,隔膜就像是一个带着无数小窗户的围墙,只让锂离子这些'好孩子'通过,把那些捣蛋的电子给拦在外面。
"这一说,我们全明白了。
有趣的是,这隔膜还有个绝活,叫"关门放狗"。
当电池温度太高时,隔膜上的小孔会自动关闭,就像是发现危险的贝壳,"啪"地一下把自己关得严严实实。
我那同学听完直乐:"这不就是个会察言观色的小机灵鬼嘛!"说到材料,现在主流的隔膜都是用聚烯烃做的。
这名字听着高大上,其实就是一种塑料的远亲。
它又软又韧,像张纸,却比纸结实多了。
我们实验室有个老师开玩笑说:"这玩意儿要是能做衣服,准能防弹。
"制作隔膜可是门手艺活儿。
得把材料拉得跟面条似的细,还得均匀。
要是哪个地方厚薄不均,就跟穿了双不对称的鞋似的,肯定干活不利索。
我们实验室就因为这事儿报废了好几批样品。
最逗的是测试环节。
我们得拿显微镜看隔膜上的孔洞,那场面,就像是在数天上的星星。
有次一个实习生盯着显微镜看了半天,抬起头来眼睛都成对眼了,把我们都笑趴下了。
这隔膜的性能要求可真不少,透气性要好,强度要够,还得耐高温。
就像是找对象,条件一大堆。
我们老师说:"这哪是在做材料,简直是在选美国女婿!"不过说真的,这隔膜的重要性真不是吹的。
没有好的隔膜,锂电池就容易出事故。
就像前几年那些自燃的电动车,多半都是隔膜出了问题。
这么一想,这小薄膜还真是个保命的玩意儿。
现在市面上的隔膜种类可多了,单层的、多层的、涂层的,跟超市里的零食一样琳琅满目。
锂电池隔膜基础知识.电池隔离膜1.功⽤:(1)阻隔电池正负极2)让离⼦电流(ionic current )通过,但阻⼒要尽可能地⼩。
因此,吸收电解液之后所表现出来的离⼦导电度便与(1)隔离膜孔隙度(porosity )、(2)孔洞弯曲度(tortuosity )、(3)电解液导电度、(4)隔离膜厚度、及(5)电解液对隔离膜的润湿程度等因素有关系隔离膜的引⼊⽽对离⼦传导所额外产⽣之电阻,应该是隔离膜吸收电解液之后的电阻减去与隔离膜相同⾯积和厚度之纯电解液的电阻,亦即R (隔离膜) = R (隔离膜 +电解液) – R (电解液) 电阻R 的定义为:Aσ1R ?=(是离⼦传导途径的长度,A 是离⼦传导的有效⾯积,σ是离⼦导电度(⽐电阻ρ的倒数))多孔薄膜的孔洞弯曲度ds T =s 是离⼦经由隔离膜所必须⾏经之长度,d 则是隔离膜的厚度。
多孔薄膜的孔隙度P 之定义为孔洞的体积和隔离膜外观⼏何体积的⽐值Ad A P s s =(其中A s 代表隔离膜负责离⼦传导的有效⾯积)所以得T P A A s ?=-=1 R 2P T R 電解液隔離膜吸收了电解液之后的隔离膜,其电阻是原先没有隔离膜存在时的 (T 2/P) 倍。
当孔洞弯曲度T 愈⼤,薄膜孔隙度P 愈⼩时,隔离膜的电阻就愈⼤2. 隔离膜之材质与制备隔离膜具多孔性的结构,孔径范围约在0.1 µm 或100 nm ,表⾯积⾮常⼤,受到电解液侵蚀的机率也当然跟着提⾼,材料的选择重要。
材质有塑料类、玻璃类、和纤维素(cellulose )类等,以塑料类为最⼤宗,最常见的有聚氯⼄烯(polyvinyl chloride ;PVC )、聚醯胺(polyamide )、聚⼄烯(polyethylene ;PE )、及聚丙烯(polypropylene ;PP )。
塑料类隔离膜之所以应⽤地最⼴,除了是因为它⽐较易于控制厚度之外,也跟1960年代开始⽇益成熟的⾼分⼦科学及加⼯技术有密不可分的关系.⽬前, 商业化的锂离⼦电池都是采⽤聚烯烃类(polyolefin )的多孔⾼分⼦薄膜(如表1.1)作为隔离膜,有的是PP ,有的是PE ,也有⽤PP/PE/PP 三层合⼀的。