鋰電池隔膜孔徑分析

        在鋰電池的結構中，隔膜是關(guān)鍵的內層組件之一。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強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構、內阻等，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、負極分隔開(kāi)來(lái)，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過(guò)的功能。隔膜材質(zhì)是不導電的，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(lèi)不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強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，保證正負極的機械隔離；（2）有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過(guò)性；（3）由于電解質(zhì)的溶劑為強極性的有機化合物，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，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡可能??；（5）空間穩定性和平整性好；（6）熱穩定性和自動(dòng)關(guān)斷保護性能好。動(dòng)力電池對隔膜的要求更高，通常采用復合膜。（6）隔膜受熱收縮要小，否則會(huì )引起短路，進(jìn)而引發(fā)電池熱失控。
        根據不同的物理、化學(xué)特性，鋰電池隔膜材料可以分為：織造膜、非織造膜（無(wú)紡布）、微孔膜、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類(lèi)。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩定性和相對廉價(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(kāi)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(kāi)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))都有自己獨立的高分子實(shí)驗室，并且化學(xué)背景非常深厚。國內鋰電池廠(chǎng)家所采用的基體材料基本都是通過(guò)外購，自身研發(fā)實(shí)力不強。據了解旭化成與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(mǎn)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：

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/差分流量分布；氣體滲透率；干、濕氣體流量；

測試過(guò)程：全自動(dòng)；

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

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，自動(dòng)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，自動(dòng)切換；

樣品池：標配：圓形；

直徑13mm（適應樣品厚度0-6mm）；

直徑25mm（適應樣品厚度0-7mm）；

直徑47mm（適應樣品厚度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(mén)、管路、接頭等全部進(jìn)口；

售后服務(wù)：專(zhuān)業(yè)且完善的售后服務(wù)系統，可提供24小時(shí)咨詢(xún)，48小時(shí)內現場(chǎng)服務(wù)，北京，上海，廣州均設有服務(wù)機構，全力保障用戶(hù)儀器正常運行；

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

3H-2000PB型儀基本原理：

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；給膜的一側加以逐漸增大的氣體壓強，當氣體壓強達到大于某孔徑內浸潤液的表面張力產(chǎn)生的壓強時(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)生的壓強越高，所以要推出其中的浸潤液所需施加的氣體壓強也越高；同樣，可知，孔徑zui大的孔內的浸潤液將首先會(huì )被推出，使氣體透過(guò)，然后隨著(zhù)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(guò)，直至全部的孔被打開(kāi)，達到與干膜相同的透過(guò)率；

首先被打開(kāi)的孔所對應的壓力，為泡點(diǎn)壓力，該壓力所對應的孔徑為zui大孔徑；  在此過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄壓力和流量，得到壓力-流量曲線(xiàn)；壓力反應孔徑大小的信息，流量反應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(xiàn)，可根據相應的公式計算得到該膜樣品的zui大孔徑、平均孔徑、zui小孔徑以及孔徑分布、透過(guò)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，Fd為干樣品流量