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全陶瓷PVDF锂离子电池隔膜的电阻和介电性能及其对锂离子电池性能的影响

锂电中国浏览量:3934时间:2014-06-30 10:49:01

Shawn(Xiaohong)Zhao:谢谢张博士,谢谢组委会给我们一个机会来跟大家分享,同样也是基于无纺布,但是我们采取了连续多孔PVDF的多孔膜开发出一种新的隔膜,我们希望大家给予我们支持和批评指正。

我的题目是全陶瓷PVDF多孔膜电阻介电性子以及对锂离子电池性能的影响。

首先简单介绍一下Porous Power公司,接下来我会把产品物理性能以及安全特性简单讲一下。第三部分会讲一下我们怎么样测试新型隔膜。第四部分是我会就我们公司隔膜一些具体的性能来讲一些测试,包括我们推荐的一些测试方法。最后一部分我会就我们公司的隔膜在电池里面的一些基本性能,带入一些具有代表性的,且较好的性能介绍一下。Porous Power公司是相对年轻的公司,06年成立,当时没多少人,2011年被收购。

我们的隔膜有两个关健词,一个是无纺布。我们的母公司也目前全世界第三大无纺布公司,但我们用无纺布来做夹层,我们把无纺布涂成隔膜。因为是涂布,所以没有挤压的过程,我们还可以在其中加入很多东西,除了陶瓷,还可以加如其他的功能材料。生产出的连续性隔膜多孔以后再进行往复复合,可以是三层或者两层。通过电镜扫描图象,我们可以看到一些微颗粒,直径大约在200纳米左右。我们的隔膜造孔过程实际上是通过象反转的特征来造孔,孔的特征是外大内小。从这里可以看出在通过了与陶瓷材料的均衡后,隔膜拥有非常好的界面性。另外,我们的隔膜在180摄氏度时每加热一小时收缩率不超过3%。我们公司使用的是PVDF系统,其性能电导出色,这对于降低整个电池的内阻有很好的贡献,而且倍率很好,可以比较容易地做成复合增压电池。还有它的耐穿刺性很好。以及抗短路方面,同时对弯曲度的问题也有帮助。

(PPT)这是一个扫描电机的细节图,中间是无纺布的一个界面。我们看围孔结构,呈海绵状,这是一个20微米的隔膜。从隔膜的物理性质来看,基本上最低厚度达到20微米,重量在15~20克左右,气体透过率在40~60秒之间。还有一个是孔芯,我们可以做到70%~80%,但强度非常低。在实际的多重复合膜方面,我们可以做到65~75%,平均孔径基本上在300纳米左右。在机器方向的拉伸强度,我们进行了较大改进,目前单层PP膜的强度将近一半,在14左右。

在对不同的复合膜围孔结构的数据来看,孔的大小对于其机械性有何种影响,对电池性能也会造成何种影响。一个是NC2020,另一个是PP/PE/PP。这里引进了一个MacMullin Number概念,且它越接近1,它的离子电导就越大,它越大,电导就越低。我们公司的NC2020是6.9,而三层的隔膜是8.2,行业相关标准在8~13之间。单层在11~13之间。现在有一个问题是,离子电导率高,那反放电方面如何呢?我们的一个实验数据是,三层的PP/PE/PP隔膜是0.5。三层的其他隔膜是0.508,单层的其他隔膜是0.459,我们的产品是0.849,纳米的无纺布是0.990。

在这里要特别强调一点,是关于高电压的问题,我们的PVDF隔膜在这方面表现相当不错,因为其本身的化学性能比较稳定。还有我们的隔膜在孔晶设计和整个隔膜的结构设计上比较优化,所以工作性相当不错。并且在这方面我们的工作大多是委托第三方机构检测的,所以是具有可信度的。

接下来我介绍一下我们膈膜产品的热稳定性。在130摄氏度的情况下,我们用热蒸方法达到了180摄氏度,使用了20克粒压10秒钟,PVDF隔膜先熔掉一部分,然后再扩散,结构基本和热蒸后的直径差不多。

通过曲线可以发现我们的隔膜产品每1微米的厚度能承受的电压大约为20V,所以理论上400v就是我们的隔膜能够承受的最高限度。最后的结论是Hipot的试,我们发现由于介电一样,所以它的最高范围也是400v。我们还做了一些实验,在没有通过Hipot的电池和通过的电池做了对比容量测试,我们发现这二者没有区别。我们隔膜产品的倍率性能很好,在高倍率情况之下我们的隔膜比普通隔膜更好。在零下30摄氏度,和零下50摄氏度是,其性能比普通隔膜好很多。我们的隔膜产品和传统的隔膜相比最安全性和循环性上对电池有很大帮助。同时在测试中我们也发现我们这种隔膜并不适用于高电压环境。

谢谢大家,也感谢美国项目能源部给我们提供的帮助。

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