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鋰電池隔膜孔徑分析

 更新時(shí)間:2014-11-05 點(diǎn)擊量:2666

        在鋰電池的結(jié)構(gòu)中,隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。對于鋰電池系列,由于電解液為有機(jī)溶劑體系,因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料,一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等,直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性,性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來,防止兩極接觸而短路,此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的,其物理化學(xué)性質(zhì)對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同,采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列,由于電解液為有機(jī)溶劑體系,因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料,一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。
        鋰電池隔膜的要求:(1)具有電子絕緣性,保證正負(fù)極的機(jī)械隔離;(2)有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率,對鋰離子有很好的透過性;(3)由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物,隔膜必須耐電解液腐蝕,有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性;(4)對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力;(5)具有足夠的力學(xué)性能,包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等,但厚度盡可能??;(5)空間穩(wěn)定性和平整性好;(6)熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷保護(hù)性能好。動力電池對隔膜的要求更高,通常采用復(fù)合膜。(6)隔膜受熱收縮要小,否則會引起短路,進(jìn)而引發(fā)電池?zé)崾Э亍?br />        根據(jù)不同的物理、化學(xué)特性,鋰電池隔膜材料可以分為:織造膜、非織造膜(無紡布)、微孔膜、復(fù)合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價(jià)的特點(diǎn),因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開發(fā)初期便被用作鋰電池隔膜。盡管用其他材料制備鋰電池隔膜,如1999年F,Boudin 等[3] 采用相轉(zhuǎn)化法以聚偏氟乙烯(PVDF)為本體聚合物制備鋰電池隔膜;Kuribayash Isao等[4] 研究纖維素復(fù)合膜作為鋰電池隔膜材料。然而,至今商品化鋰電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。固體和凝膠電解質(zhì)開始被用作一個(gè)特殊的組件,同時(shí)發(fā)揮電解液和電池隔膜的作用,是一項(xiàng)新興的技術(shù)手段。表1-2給出了鋰電池隔膜的主要生產(chǎn)商及其主要產(chǎn)品信息。
         鋰電池隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的。世界前三大隔膜生產(chǎn)商日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學(xué))都有自己獨(dú)立的高分子實(shí)驗(yàn)室,并且化學(xué)背景非常深厚。國內(nèi)鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購,自身研發(fā)實(shí)力不強(qiáng)。據(jù)了解旭化成與Celgard已經(jīng)自己生產(chǎn)部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學(xué))和美孚化工合作后,采用美孚化工研發(fā)的高熔點(diǎn)聚乙烯材料后,Tonen推出熔點(diǎn)高達(dá)170℃的濕法PE鋰電池隔膜。采用特殊處理的基體材料,可以極大的提高隔膜的性能,從而滿足鋰電池一些特殊的用途。

3H-2000PB型鋰電池隔膜孔徑分析儀應(yīng)用范圍:

3H-2000PB型鋰電池隔膜孔徑分析儀主要用于濾膜、織物、纖維、紙張、陶瓷、燒結(jié)金屬、巖石、混凝土等材料的貫通孔的孔徑分布及滲透率測試。

 

3H-2000PB型鋰電池隔膜孔徑分析儀性能參數(shù)

 

分析功能:泡點(diǎn)直徑(zui大孔直徑);平均流量孔徑(平均孔徑);zui小孔徑;

 

孔徑分布、累計(jì)/差分流量分布;氣體滲透率;干、濕氣體流量;

 

測試過程:全自動;

 

真空助潤裝置:儀器具有全自動真空助潤裝置,可自定義自動真空潤濕的次數(shù)和時(shí)長;

 

孔徑測試范圍:0.02-500um;

 

壓力測試范圍:0-1bar,0-40bar;高精度進(jìn)口雙壓力傳感器,分段壓力量程,量程互補(bǔ),自動切換;

 

流量測試范圍:0-1L/min,0-100L/min;高精度進(jìn)口雙流量傳感器,分段流量量程,量程互補(bǔ),自動切換;

 

樣品池:標(biāo)配:圓形;

 

直徑13mm(適應(yīng)樣品厚度0-6mm);

 

直徑25mm(適應(yīng)樣品厚度0-7mm);

 

直徑47mm(適應(yīng)樣品厚度0-9mm);

 

其它形狀和尺寸可定做;

 

測試精度:壓力靈敏度:± 0.05 mbar ;  

 

流量靈敏度:± 0.5ml/min;

 

氣路管路:全不銹鋼管路,金屬硬密封,密封性好,耐壓高,耐腐蝕,高耐用;

 

儀器配件:關(guān)鍵部件壓力傳感器、流量傳感器、閥門、管路、接頭等全部進(jìn)口;

 

售后服務(wù):專業(yè)且完善的售后服務(wù)系統(tǒng),可提供24小時(shí)咨詢,48小時(shí)內(nèi)現(xiàn)場服務(wù),北京,上海,廣州均設(shè)有服務(wù)機(jī)構(gòu),全力保障用戶儀器正常運(yùn)行;

 

儀器規(guī)格:尺寸:長72cm寬55cm高48cm,凈重:35Kg,電壓:AC220v±5%,功率小于1000瓦。

 

3H-2000PB型基本原理:

以某種膜材料為例,將膜用可與其浸潤的液體充分潤濕,由于表面張力的存在,浸潤液將被 束縛在膜的孔隙內(nèi);給膜的一側(cè)加以逐漸增大的氣體壓強(qiáng),當(dāng)氣體壓強(qiáng)達(dá)到大于某孔徑內(nèi)浸潤液的表面張力產(chǎn)生的壓強(qiáng)時(shí),該孔徑中的浸潤液將被氣體推出;由于孔徑越小,表面張力產(chǎn)生的壓強(qiáng)越高,所以要推出其中的浸潤液所需施加的氣體壓強(qiáng)也越高;同樣,可知,孔徑zui大的孔內(nèi)的浸潤液將首先會被推出,使氣體透過,然后隨著壓力的升高,孔徑由大到小,孔中的浸潤液依次被推出,使氣體透過,直至全部的孔被打開,達(dá)到與干膜相同的透過率;

首先被打開的孔所對應(yīng)的壓力,為泡點(diǎn)壓力,該壓力所對應(yīng)的孔徑為zui大孔徑;  在此過程中,實(shí)時(shí)記錄壓力和流量,得到壓力-流量曲線;壓力反應(yīng)孔徑大小的信息,流量反應(yīng)某種孔徑的孔的多少的信息;然后再測試出干膜的壓力-流量曲線,可根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算得到該膜樣品的zui大孔徑、平均孔徑、zui小孔徑以及孔徑分布、透過率。

 

孔徑和壓力的關(guān)系如Washburn公式:

               D=4γCos θ/ p

公式中D=孔隙直徑  γ=液體的表面張力  θ=接觸角和p=壓差

 

孔徑分布的流量百分比:

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

公式中Fw為濕樣品流量,F(xiàn)d為干樣品流量

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