中國儲能網(wǎng)訊：動力電池對隔膜最基本的要求就是穩(wěn)定性，包括熱穩(wěn)定、電化學穩(wěn)定以及機械性能穩(wěn)定；在此基礎(chǔ)上，還需要隔膜提升一致性，并進一步優(yōu)化孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)以及吸液保液能力。
天津力神電池股份有限公司聶磊部長作了“鋰離子動力電池用新材質(zhì)隔膜發(fā)展應(yīng)用及評測”的主題分享。
聶磊部長表示，隔膜也是一個講究綜合性能的產(chǎn)品，其性能指標相互影響并相互制約。此外，僅僅是基本指標并不能完全反映隔膜在動力電池中的表現(xiàn)，因此，為了實現(xiàn)動力電池最優(yōu)的電化學和安全性能，需要在關(guān)注MD和TD方向的同時，增加垂直方向VD在固定張力或者壓力下的機械性能和電化學性能。
按照成熟度，隔膜可分為新材質(zhì)和傳統(tǒng)聚烯烴產(chǎn)品。目前應(yīng)用最廣泛的還是聚烯烴及其涂層改性產(chǎn)品；而由于特殊的物理性質(zhì)，新材質(zhì)類幾乎都不能單獨的應(yīng)用在生產(chǎn)中，需要做涂層或者填充才能夠真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
但是從性能的角度講，新材質(zhì)是優(yōu)于傳統(tǒng)隔膜的。
傳統(tǒng)的隔膜分為直通孔、密閉孔、正?？?、半通孔，除正?？淄猓渌自趧恿﹄姵刂芯秦撁孀饔么笥谡孀饔?。新材質(zhì)類隔膜和傳統(tǒng)隔膜相比，差異非常大，其抗拉強度比現(xiàn)在的隔膜要低很多，這就需要動力電池生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝和設(shè)備做出適當?shù)恼{(diào)整。
新材質(zhì)涂層隔膜在動力電池中的作用
1、涂層隔膜提高電池溫度安全性
將市面上常見的幾種隔膜從110℃加熱到180℃，可以明顯的感受到，除了耐高溫纖維素類隔膜能保持原始的尺寸，其他隔膜熱收縮率非常大，基本已經(jīng)失效?？傮w來看，PP略優(yōu)于PE，雙面涂層比單面涂層要好一些。
值得注意的是，即便是涂層后隔膜耐熱也只能提高30℃。而這“區(qū)區(qū)”30℃對一些三元電池的安全性來講，可能就是通過或者不通過的區(qū)別。從這個角度看，提高隔膜性本指標對提升動力電池安全性能至關(guān)重要。
2、涂層隔膜抑制極組形變
電池生產(chǎn)過程中極片和隔膜難免會產(chǎn)生一些不能釋放的應(yīng)力，包括正負極材料會有一個體積變化。體積變化之后就會導致變形，涂層隔膜的目的之一是抑制極組形變，這在小電池或者是軟包電池上效果非常明顯，在大尺寸電池和金屬殼的動力電池效果還在測試中，還沒有數(shù)據(jù)。
此外，涂層也能耐一定的程度上金屬雜質(zhì)的擊穿，還有對一些由于非常低的MD方向抗拉強度而產(chǎn)生的邊緣拉絲和短路，改善效果非常明顯的。
不同涂層隔膜的對比
天津力神在開發(fā)能量密度240wh/kg、充放電倍率為2C的軟包電池時對比了氧化鋁涂層和耐高溫PET涂層隔膜。實驗發(fā)現(xiàn)，耐高溫PET涂層隔膜在充放電容量上高出兩個百分點，在高溫存儲性能上卻稍低兩個百分點，此外將兩種隔膜循環(huán)1000多次之后，容量保持率也相差不大。這證明氧化鋁涂層和耐高溫隔膜相比，放電倍率、容量衰減等電化學性能差異并不是很大。
但在熱穩(wěn)定性上，兩者差異非常明顯，耐高溫隔膜產(chǎn)品的安全都是比較穩(wěn)定的能夠通過，涂層隔膜在做前面這幾項安全測試的時候則是有機率的個別項目能夠通過。比如過充試驗中，PET涂層隔膜由于具有非常良好的耐高溫性，不管是單體電芯還是3P模塊都能通過過充測試，而同一款電池使用其他涂層隔膜僅單體可以通過，而3P模塊時無法滿足電池過充要求。
此外，在針刺實驗上，兩者的差距更為明顯，使用氧化鋁涂層隔膜的電池針刺完之后直接噴火失效，PET隔膜針刺之后幾乎沒什么反應(yīng)，電池沒有變化。
天津力神通過一系列實驗發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)隔膜，新材質(zhì)在熱穩(wěn)定性、孔隙率、具有非常大的優(yōu)勢，但同時也存在一些問題。
第一就是穿刺強度不夠，有一些樣品有非常弱的顆粒黏結(jié)特性，這對卷繞設(shè)備提出了挑戰(zhàn)。有的卷繞的時候就開始掉涂層，有的雖然卷繞不掉，但是有充放電后拆完電池再看隔膜上涂層是有掉落的。
第二個問題是必須要要對生產(chǎn)工藝進行調(diào)整，否則，孔隙率和內(nèi)阻分布非常難以控制。此外還有一些新材質(zhì)對水分要求非常高，有些新財政擊穿電壓非常低，這些都需要對生產(chǎn)工藝提出了新的要求。
第三個問題則是成本問題。其實新材質(zhì)隔膜從材料本身和涂層黏結(jié)劑、穩(wěn)定劑來說成本并不貴，而且這些材料非常容易得到，但由于沒有實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，成本暫時顯得非常高，對推動應(yīng)用也造成了影響。
第四個問題是隨著電池容量的增大，安全性越來越差，做到200wh/kg的時候還有比較明顯的改善效果，但能量密度再高比如300wh/kg左右時，不管是什么隔膜對安全性能測試結(jié)果似乎沒有這么明顯的差異。
