锂离子电池隔膜及粘结剂基础知识

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。

●有一定的保护电池安全的能力。

2、隔膜机理隔膜中具有大量曲折贯通的微孔，电解液中的离子载体可以在微孔中自由通过，在正负极之间迁移形成电池内部导电回路，而电子则通过外部回路在正负电极之间迁移形成电流，供用电设备利用。

（四）锂离子电池隔膜的主要用途各种液态锂离子电池，如手机电池、便携式DVD电池、笔记本电脑电池、电动工具电池、GPS电池、电动车和储能装置电池等。

聚烯烃隔膜原料和生产原理（一）聚烯烃隔膜分类分类方法按材料分类按工艺分类按结构分类种类PP、PE、PP/PE复合干法、湿法单层PP、P E 多层PP、P E 三层PP/PE/P P（二）聚烯烃隔膜的主要原料隔膜使用的聚烯烃材料目前主要是聚丙烯（PP）、聚乙烯（P E ）两类。

聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。

当前，商品化的液态锂离子电池大多使用微孔聚烯烃隔膜，因为聚烯烃化合物在合理的成本范围内可以提供良好的机械性能和化学稳定性，而且具有高温自闭性能，更加确保了锂离子二次电池在日常使用上的安全性。

（三）聚烯烃隔膜的主要生产方法1、热致相分离法（湿法—TIPS）利用高分子材料和特定的溶剂在高温条件下完全相容，冷却后产生相分离的特性，使溶剂相连续贯穿于聚合物相形成的连续固态相中，经过拉伸扩孔后，将溶剂萃取后在聚合物相中形成微孔。

在目前湿法隔膜制造过程中，通常将聚烯烃树脂原料和一些其它低分子量的物质同混合，加热熔融混合均匀、经挤出拉伸成膜，再用易挥发溶剂把低分子物质抽提出来，形成微孔膜。

2、熔融拉伸法（干法—MSCS）熔融拉伸法的制备原理是，高聚物熔体挤出时在拉伸应力作用冷却下结晶，形成平行排列的结晶结构，经过热处理后的薄膜在拉伸后晶体之间分离而形成狭缝状微孔，再经过热定型制得微孔膜。

在聚丙烯微孔膜制备中除了拉开片晶结构外，还可以通过在聚合物中添加结晶成核剂，形成特定的β晶型，然后在双向拉伸过程中发生β晶型向α晶型转变，晶体体积收缩产生微孔。

．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。

锂离子电池常用的粘结剂的种类作用及性能锂离子电池是一种常见的充电式电池，由于其高能量密度、轻量化等优势，在移动电子设备、电动汽车等领域得到广泛应用。

粘结剂是锂离子电池中重要的组分之一，主要用于固定电池正负极材料及电解质层，以提高电池的结构强度和电池性能。

下面将介绍锂离子电池中常用的粘结剂种类、作用及性能。

1.聚乙烯醇（PVA）聚乙烯醇是一种常用的粘结剂，其优点是成本低、水溶性好。

在锂离子电池中，PVA主要用于固定电极材料和电解质之间的粘结，可以提高电池的结构强度和耐高温性能。

2.聚乙烯酮（PVP）聚乙烯酮是一种高分子聚合物，可以作为锂离子电池的粘结剂。

它具有良好的粘结性能和高温稳定性，可以有效提高电池的充放电性能和循环寿命。

3.聚甲基丙烯酸酯（PMMA）聚甲基丙烯酸酯是一种高分子有机化合物，具有良好的粘结性能和热稳定性。

在锂离子电池中，PMMA主要用于固定电池正负极材料，可以提高电池的机械强度和抗振动性能。

4.聚偏氟乙烯（PVDF）聚偏氟乙烯是一种常用的粘结剂，其耐高温、耐腐蚀、电绝缘等性能使其在锂离子电池中表现出色。

PVDF可与电极材料有效结合，提高电池的结构强度和循环寿命。

5.纳米硅胶纳米硅胶是一种集合了硅胶和纳米技术的新型材料，具有较大的比表面积和孔隙结构。

在锂离子电池中，纳米硅胶可以作为粘结剂使用，与电极材料结合，增加电池的结构强度和电池的能量密度。

总的来说，锂离子电池常用的粘结剂种类包括聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚甲基丙烯酸酯、聚偏氟乙烯和纳米硅胶等。

不同的粘结剂具有不同的优点和适用场景，可以提高锂离子电池的结构强度、耐高温性能、循环寿命等方面的性能。

在锂离子电池的发展过程中，粘结剂的选择和性能优化将继续为电池的发展做出重要贡献。

锂离子电池粘结剂选择难题，终于有人能讲明白了粘结剂是锂离子电池极片的重要组成材料之一，是将电极片中活性物质和导电剂粘附在电极集流体上的高分子化合物，具有增强活性材料、导电剂和集流体间接触性以及稳定极片结构的作用，是锂离子电池材料中技术含量较高的附加材料。

研究表明，虽然粘结剂在电极片中用量较少，但粘结剂性能的优劣直接影响电池的容量、寿命及安全性。

1.正极binder---PVDF•聚偏氟乙烯PVDF（Poly-vinylidene fluoride）主要是指偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯与其他化合物的共聚物。

•PVDF是结晶性聚合物，结晶度一般为50％左右，熔融温度在140-180 ℃之间。

•由于C-F键长短，键能高(486kJ/mol) ,故PVDF具有良好的抗氧化性、耐化学腐蚀性、耐高温性，特别是在碳酸酯类溶剂( EC、DEC、DMC 等)中稳定性好。

1.1 PVDF主要种类•均聚类PVDF，是VF2的均聚物，如HSV900, 5130等；•共聚物类PVDF，主要使用的是VF2（偏二氟乙烯）/HFP（六氟丙烯）的共聚物，如2801，LBG等。

1.2 PVDF合成方法通常由偏氟乙烯通过悬浮聚合或乳液聚合而成，反应方程式如下所示：CH2=CF2→(CH2CF2)n1.3 分子量对PVDF的影响•不同聚合度的VDF均聚物，其熔点温度差异不大；但PVDF分子量的大小会影响其在溶剂中的溶解难易程度。

•在一定分子量范围内，分子量的提高有助于粘结力和内聚力的提高；l改性对PVDF结晶度/溶胀度影响•掺杂的-HFP量越多，其结晶度越低，导致熔点相应降低；•结晶度降低，聚合物溶胀程度增大（甚至溶解）。

1.4 PVDF面临的问题与挑战过高分子量(>150W)对粘结力的提升效果不明显，但会造成更难溶解2. 负极binder---SBRSBR（丁苯橡胶乳液）由丁二烯及苯乙烯两种单体经自由基乳液聚合而成。

常用的锂离子电池SBR粘结剂除上述两种单体外，通常都引入了新的功能单体，用以提高其离子电导率或粘附力。

锂离子电池隔膜基础
隔膜在锂离子电池中起着非常重要的作用，它是电解液在阳极和阴极间的隔离物，允许正负电流通过，但又阻止它们的完全混合。

隔膜的性能会对电池的性能产生非常重要的影响，它必须具有良好的稳定性、良好的水分保护，同时还应具有良好的导电性和柔性。

隔膜的主要功能是防止电解质的渗透，保持正负极的电离状态，并能够有效地抵抗电池内部的氧的析出。

隔膜应具有柔软性，可以使电极表面平坦，无缺洞，并且能够有效地抑制电池内的氢气充放。

隔膜的常见材料有聚合物、金属薄膜和纳米纤维。

1.聚合物隔膜
聚合物隔膜是目前应用最广泛的类型，它的主要成分是石墨烯、碳纳米管、聚酰胺和乙烯基丙烯酸酯。

石墨烯和碳纳米管具有很好的导电性和绝缘性，对电解液渗透具有一定的阻挡性。

聚酰胺和乙烯基丙烯酸酯具有良好的柔韧性，以及很好的抗拉强度和抗撕裂性能，可以提高隔膜的耐湿性能。

2.金属薄膜隔膜
金属薄膜主要由铝、锌、锡和铜等金属组成，它具有较高的导电性，可以有效防止电解液的渗透，而且能够有效地抑制氢气的生成和放出。

3.纳米纤维隔膜。

锂离子电池常用的粘结剂的种类作用及性能
一、简介
锂离子电池粘结剂（Lithium-Ion Battery Adhesive）是指用于将锂离子电池的各种部件（电池芯、管芯、阴极板、阳极板、加热器等）粘合在一起，而且可以保证固定牢固以及防止因振动而产生损伤的一种粘结剂（adhesive）。

锂离子电池粘结剂（Lithium-Ion Battery Adhesive）具有优异的高分子特性，以及高的电学连接性能，可以保证高能量密度的锂离子电池的安全性，可以提高锂离子电池的可靠性，实现持久高性能，是锂离子电池的重要组成部分。

二、性能
1.耐温：锂离子电池粘结剂（Lithium-Ion Battery Adhesive）的耐热性或耐低温性是其关键性能之一，其耐热性或耐低温性取决于挥发溶剂类型、表面及形状、粘结体系的枝结构、粘结接触的表面力、以及粘结剂的构酯树脂的结构组成等，影响其导电行为和黏弹性能。

2.抗拉力：锂离子电池粘结剂（Lithium-Ion Battery Adhesive）的抗拉力特性是衡量粘结剂的性能的一个有效指标，其耐拉力以及拉伸强度的高低直接影响着电池的可靠性。

3.导电性：锂离子电池粘结剂（Lithium-Ion Battery Adhesive）的电导率是其关键性能之一，由于电池存在多层的结构，其导电性能要在不同结构层次得到有效的释放，以保证电池的稳定及安全性。

锂离子电池隔膜相关知识锂离子电池是一种广泛应用于手机、平板电脑、电动汽车等领域的电池。

而隔膜是锂离子电池中极为重要的组成部分，起到分隔正负极的作用。

本文将围绕锂离子电池隔膜展开详细介绍。

一、锂离子电池隔膜的作用隔膜是锂离子电池中的重要组成部分，不仅要分隔正负极，而且要能够让锂离子通过。

它的主要作用有以下几个方面：1.防止正负极之间短路，以免电池发生故障。

2.热量不均匀时，隔膜还可以阻止热流向正负极传递，保护电池安全性。

3.能够防止电池内部严重的化学反应发生，保证电池寿命。

4.通过调整隔膜孔径和孔隙度的大小，可以影响电池中锂离子的传输性能，达到增加电池容量的目的。

二、锂离子电池隔膜的种类锂离子电池隔膜的种类一般有以下三种：1.聚丙烯隔膜聚丙烯隔膜具有良好的热稳定性和化学稳定性，使用寿命长，且在电池过充和过放时不易熔化。

它是目前应用最广泛的隔膜。

2.聚酰胺隔膜聚酰胺隔膜在电池的容量和寿命上相对聚丙烯隔膜有更好的表现，但其价格相对较高。

3.陶瓷隔膜陶瓷隔膜具有良好的化学稳定性，耐高温，耐电化学腐蚀，且有良好的防火性能。

但其价格较高，制造难度也较大。

三、锂离子电池隔膜的发展趋势锂离子电池技术的不断升级，为研发更加稳定、高效、安全的电池隔膜提供了宝贵的机遇。

近年来，一些新型材料，如锂离子导体和多层复合膜，已经应用在电池隔膜中，可以有效提高电池的性能和安全性。

此外，目前锂离子电池的生产已逐步向智能化、自动化方向发展。

通过引入大数据分析、人工智能等技术，优化锂离子电池的生产流程和制造质量，将成为未来隔膜发展的一大趋势。

四、锂离子电池隔膜应该如何选择在选择锂离子电池隔膜时，应该从以下几个方面考虑：1. 电池容量和寿命根据电池的容量和使用的环境选择对应的隔膜。

2. 安全性和可靠性选择具有良好化学稳定性和耐高温、耐电化学腐蚀性、防火性能良好的隔膜。

3. 成本对于普通的使用场合，选择价格相对较低的聚丙烯隔膜即可。

总之，锂离子电池隔膜是锂离子电池的关键组成部分之一，其质量和性能直接影响到电池的使用寿命和安全性。