學術干貨丨電池隔膜的表征參數及意義
對于鋰電池的基礎研究，主要集中于正負極和電解液，而組成電池的其他組件，例如隔膜你是否也很了解呢？
隔膜功能及機理
電池隔膜最主要的功能是分隔電池中的正負極板，防止正負極板直接接觸產生短路，同時，由于隔膜中具有大量曲折貫通的微孔，電池中的正負離子可以在微孔中自由通過，在正負極板之間遷移形成電池內部導電回路，而電子則通過外部回路在正負電極之間遷移形成電流，供用電設備利用。
注意：目前有些人在解釋隔膜功能時，通常解釋為“隔膜上的微孔可以讓離子通過而電子不能通過”的說法是沒有根據的，它不符合原電池的基本原理，因為電池內部的電解液中自由電子是以正負離子的形式存在，電池內部的導電是靠離子在正負極之間的遷移來實現的。
基本表征參數及其意義
1、厚度
指隔膜的厚度，在同樣大小的電池中，隔膜厚度越厚，能卷繞的層數就越少，相應容量也就會降低；較厚的產品，穿刺強度會稍高，安全性會高一些；同樣孔隙率的情況下，越厚的產品，其透氣率會稍差，使得電池的內阻會高一點。但是，由于目前的生產技術限制，較厚或較薄的產品在生產上有一定的難度，厚度的均勻性，收得率會低一些。對于消耗型鋰離子電池（手機、筆記本電腦、數碼相機中使用的電池），25 微米的隔膜逐漸成為標準。然而，由于人們對便攜式品的使用的日益增長，更薄的隔膜，比如說20 微米、18 微米、16 微米、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應用。對于動力電池來說，由于裝配過程的機械要求，往往需要更厚的隔膜，當然對于動力用大電池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時意味著更好的安全性。
常用單位：μm
典型值：16、18、20、25、30
影響電池性能：安全性、容量、內阻
2、透氣率
又叫 Gurley 數，反映隔膜的透過能力。即一定體積的氣體，在一定壓力條件下通過1 平方英吋面積的隔膜所需要的時間。氣體的體積量一般為50ml，有些公司也會標100ml，最后的結果會差兩倍。透氣率從一定意義上來講，和用此隔膜裝配的電池的內阻成正比，即該數值越大，則內阻越大。然而，對于不同類型、厚度的隔膜，該數字的直接比較沒有任何意義。因為鋰離子電池中的內阻和離子傳導有關，而透氣率和氣體傳導有關，兩種機理是不一樣的。換句話說，單純比較兩種不同隔膜的Gurley 數是沒有意義的，因為可能兩種隔膜的微觀結構完全不一樣；但同一種隔膜的Gurley 數的大小能很好的反應出內阻的大小，因為同一種隔膜相對來說微觀結構是一樣的或可比較的。
常用單位：s/100ml
典型值：200~800s/100ml
影響電池性能：內阻
3、吸液率
反映隔膜材料、微觀結構與電池液的浸潤性能。為了保證電池的內阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液完全浸潤，這方面沒有一個公認的檢測標準。大致可以通過以下試驗來判斷：取一定面積的隔膜完全浸泡在電解液中，看隔膜吸收電解液的重量，同樣厚度的隔膜，吸收的重量越大，浸潤效果越好。浸潤度一方面與隔膜材料本身有關，還與隔膜的表面及內部微觀結構密切相關，另一方面與電解液的配方也有很大關系。
常用單位：g/m2
影響電池性能：內阻、容量
4、化學穩定性
隔膜的使用環境是一個化學環境，因此要求隔膜對電解液具有化學惰性，即不與電解液發生化學反應，也不能影響電解液的化學性質。目前市場上供應的隔膜用材料 PE 或PP 是滿足化學惰性要求的。
5、孔徑
一般濕法隔膜的孔徑在 0.01~0.1μm，干法隔膜的孔徑在0.1~0.3μm，孔徑的大小與隔膜的透氣率有關，過大的孔徑有可能導致隔膜穿孔形成電池微短路。
影響電池性能：內阻、短路率
6、穿刺強度
隔膜抗穿刺的能力。在電池制造過程中由于電極表面涂覆不夠平整、電極邊緣有毛刺等情況，以及裝配過程中工藝水平有限等因素，因此要求隔膜有相當的穿刺強度。另外，還有一種觀點是電池在使用過程中電池內部會逐漸形成枝狀晶體，有可能刺破隔膜，造成內部微短路。由于測試的時候所用的方法和實際電池中的情況有很大的差別，直接比較兩種隔膜的穿刺強度不是特別合理，但在微結構一定的情況下，相對來說穿刺強度高的，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強度，必然導致隔膜的其他性能下降。
常用單位：g/厚度
典型值：>300g/20μm（濕法）
影響電池性能：短路率、安全性
7、拉伸強度
反映隔膜的拉伸機械強度，拉伸強度大的隔膜在使用中不容易被拉伸變形。
常用單位：MPa
典型值：濕法，MD/TD>90MPa
干法，TD>150MPa，MD>5MPa
影響電池性能：制造過程、安全性
8、熱收縮率
反映隔膜在受熱時的尺寸穩定性。除了隔膜需要在電池使用的溫度范圍內（-20~60℃）保持尺寸穩定外，還有一個就是在電池生產過程中由于電解液對水份非常敏感，大多數廠家會在注液前進行85℃左右的烘烤，要求在這個溫度下隔膜的尺寸也應該穩定，否則會造成電池在烘烤時，隔膜收縮過大，極片外露造成短路。
常用單位：%（90℃2h）或（120℃1h）
典型值：90℃2h 濕法 MD 縱向<5.0%,TD 橫向<3.0% 干法 MD<3.0%,TD<1.0%
120℃1h 濕法 MD/TD<20% 干法 MD/TD<10%
影響電池性能：短路率、安全性
9、閉孔溫度、破膜溫度
反映隔膜耐熱性能和熱安全性能的重要參數閉孔溫度是指達到這一溫度后，隔膜閉孔，電池內部形成斷路，防止電池內部溫度由于內部電流過大進一步上升，造成安全隱患。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護。閉孔溫度與材料本身的熔點密切相關，如PE 為128~135℃，PP 在150~166℃。當然不同的微結構對熱關閉溫度有一定的影響。但對于小電池，熱關閉機制所起的作用很有限。破膜溫度是造成電池破壞的極限溫度，在此溫度下，隔膜完全融化收縮，電極內部短路產生高溫直至電池解體或爆炸。
典型值：PE 膜 閉孔128~135℃ 破膜>145℃
PP 膜 閉孔150~166℃，
三層復合膜 雙閉孔溫度，破膜溫度高
影響電池性能：耐熱安全性
10、孔隙率
反映隔膜內部微孔數量，目前，鋰離子電池用隔膜的孔隙率為40%左右。孔隙率的大小和內阻有一定的關系，但不同種隔膜之間的空隙率的絕對值無法直接比較。
典型值：40~60%
影響電池性能：內阻
11、靜電
隔膜表面帶有較強靜電時，會造成隔膜吸塵，還會造成疊片時與極片吸在一起，不容易與極片對齊，使生產效率降低。
12、彎曲度
隔膜分切后產生的弧形，弧形明顯時會造成疊片不齊，卷繞時產生渦狀，造成極片外露而短路。
13、面密度
指隔膜單位面積的重量。由于隔膜含有大量微孔，隨著微孔數量減少，隔膜面密度的增大，孔隙率、透氣率會降低。不同厚度、不同工藝的隔膜，其面密度無可比性。
常用單位：g/m2
典型值：8~12 g/m2
影響電池性能：內阻
目前隔膜生產廠家：
美國：Celgard（三層PP/PE/PP），Entek (單層PE)
日本：Asahi，Tonen（單層PE），UBE（三層PP/PE/PP），Nitto，三井
韓國：Wide、W-Able、SK、W-scope
中國：江蘇清陶能源（納米陶瓷纖維隔膜）、新鄉格瑞恩（單層PP）、佛山金輝（單層PE）、臺灣高銀（三層PP/PE/PP）、桂林新時（單層 PP，新鄉技術）
目前實驗室使用的較多為美國Celgard系列，各種鋰電儀器設備試劑耗材，材料人都有賣哦！
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