鋰電池隔膜孔徑分析

 在鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一。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、循環以及安全性能等特性，性能優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、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜材質是不導電的，其物理化學性質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性；（3）由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學和電化學穩定性；（4）對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力；（5）具有足夠的力學性能，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡可能小；（5）空間穩定性和平整性好；（6）熱穩定性和自動關斷保護性能好。動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，否則會引起短路，進而引發電池熱失控。
        根據不同的物理、化學特性，鋰電池隔膜材料可以分為：織造膜、非織造膜（無紡布）、微孔膜、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優異的力學性能、化學穩定性和相對廉價的特點，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開發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。固體和凝膠電解質開始被用作一個特殊的組件，同時發揮電解液和電池隔膜的作用，是一項新興的技術手段。表1-2給出了鋰電池隔膜的主要生產商及其主要產品信息。
         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商日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學)都有自己獨立的高分子實驗室，并且化學背景非常深厚。國內鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購，自身研發實力不強。據了解旭化成與Celgard已經自己生產部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學)和美孚化工合作后，采用美孚化工研發的高熔點聚乙烯材料后，Tonen推出熔點高達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和時長；

孔徑測試范圍：0.02-500um；

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

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

專用樣品池：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：關鍵部件壓力傳感器、流量傳感器、閥門、管路、接頭等全部進口；

售后服務：專業且完善的售后服務系統，可提供24小時咨詢，48小時內現場服務，北京，上海，廣州均設有服務機構，全力保障用戶儀器正常運行；

儀器規格：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生的壓強時，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，達到與干膜相同的透過率；

首先被打開的孔所對應的壓力，為泡點壓力，該壓力所對應的孔徑為zui大孔徑；  在此過程中，實時記錄壓力和流量，得到壓力-流量曲線；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，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、透過率。

孔徑和壓力的關系如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