隔膜技术工艺***品质,隔膜的收缩率
收缩测试在纵向和横向同时进行,在测试中先测量隔膜的尺寸,然后将隔膜置于90℃,保持一定时间,然后测量隔膜尺寸的变化,根据以下公式进行计算:
其中Li是初始尺寸,Lf是高温加热后的尺寸。单向拉伸的膜往往只在纵向发生收缩,而双向拉伸的膜在纵向和横向都会发生收缩。隔膜的收缩率可以通过在恒定的负载和速度下的TMA测试来比较。
闭孔,隔膜闭孔是一种在电池发生短路时防止内部温度过高和预防排气非常有用和必要的机制。它通常在温度接近于聚合物的熔点时发生,此时孔发生塌缩,电极之间的导电离子膜转变为一层绝缘层。在这个温度时,电池内阻显著增加,通过电流减小。它阻止了电池内部发生进一步的电化学反应,从而在电池可能发生***之前将微孔关闭。
PE隔膜的闭孔能力取决于其分子量、结晶度和加工过程。通过调整材料性能和加工方法使闭孔反应是自动发生且比较彻底。所做的优化需要在一定感兴趣的温度范围且不影响材料的力学性能的条件下完成。这对于Celgard生产的三层膜来说是比较容易做到的,因为一种材料被用来控制闭孔,另一种材料用来保持隔膜的机械性能。包含PE的隔膜,尤其是PP/PE/PP三层复合膜在防止电池的温度过高上更有优势。对于控制电池的温度和防止过热来说,130℃的闭孔温度是足够的。如果不影响电池的机械性能和高温电池特性的话,较低的闭孔温度将更为理想。
由于聚合物的聚结和/或隔膜被电极穿透,将会导致隔膜电阻下降。隔膜的聚集或被电极穿透将会导致电阻的急剧减小,这种现象被称为熔融完整性损失。这项测试给出的电阻升高时的温度值是非常可靠的,但在随后电阻下降时给出的是一些变化的特征。多层隔膜的闭孔特性。电阻在PE的熔点附近(130℃)增加并且持续到PP的熔点(165℃)。隔膜的闭孔温度由隔膜材料的熔点决定。达到熔点时,隔膜的孔发生塌缩形成相对致密的膜。在不影响隔膜闭孔特性的情况下,电池制造商更倾向于采用薄的隔膜。
温度与电阻之间函数的方法来表征隔膜的闭孔特性。电阻可以增大好几个数量级。在研究隔膜闭孔特性的时候引入了蜡状物在隔膜中的应用。在这些案例中,他们将蜡状物或低熔点的聚合物涂覆在聚烯烃隔膜的外面。该技术的缺点是涂覆在外面的物质堵住隔膜的微孔,增加了隔膜的电阻,导致电池性能受到影响。另外,为达到完全的闭孔,涂覆程度必须非常高。
隔膜的闭孔特性在电池外部短路和过充时能够对电池起到保护作用。但当电池内部出现短路时起的作用非常小。在正负电极相互接触、电解液中的杂质形成树枝晶导致的短路或者溶液中形成的其他树枝晶导致短路时,隔膜的作用仅仅是避免电池失效的延迟。在内部短路造成的电池瞬间失效中,温度升高过快,而电池隔膜的闭孔却不能快到控制升温速率。