鋰離子電池加工原材料有什么？

鋰離子電池材料構(gòu)成緊要有：正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液。

1.在正極材料當(dāng)中，最常用的材料有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸鐵鋰和三元材料。正極材料占有較大比例,因為正極材料的性能筆直影響著鋰離子電池的性能，其成本也筆直決定鋰離子電池成本高低。

2.在負(fù)極材料當(dāng)中，目前負(fù)極材料緊要以天然石墨和人造石墨為主。正在探索的負(fù)極材料有氮化物、PAS、錫基氧化物、錫合金、納米負(fù)極材料，以及其他的一些金屬間化合物等。負(fù)極材料作為鋰離子電池四大組成材料之一,在提高電池的容量以及循環(huán)性能方面起到了緊要用途,處于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中游的核心環(huán)節(jié)。

3.市場化的隔膜材料緊要是以聚乙烯、聚丙烯為主的聚烯烴類隔膜。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了鋰離子電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，筆直影響電池的容量、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緊要的用途。

4.電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。電解液在鋰離子電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)離子的用途，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)勢的保證。

隔膜對鋰離子電池的影響

對電壓的影響

隔膜厚度較薄，離子遷移的通道較短，極化現(xiàn)象就會有一定消弱，鋰離子電池的低溫電壓平臺相對就會較高。隔膜孔洞過大會加快鋰離子電池的自放電過程，從而降低電池的電壓一致性。

對安全性的影響

厚一些的隔膜在鋰離子電池受到外物沖擊的時候，能夠更好的保障內(nèi)部的正負(fù)極的隔離，所以厚一些的隔膜同時意味著更好的安全性。

由于鋰離子電池在繼續(xù)的使用過程中溫度會升高，所以隔膜一般有能夠供應(yīng)一個熱封閉的附加功能。當(dāng)鋰離子電池組內(nèi)內(nèi)阻提高三個數(shù)量級時，隔膜的熱封閉功能將會開始用途。

對內(nèi)阻的影響

隔膜的透氣率和裝配其的鋰離子電池的內(nèi)阻成正比，即隔膜的透氣率越高，鋰離子電池的內(nèi)阻就會越大。

隔膜能否被鋰離子電池所用的電解液完全浸潤也會影響電池的內(nèi)阻。電解液的浸潤度與隔膜材料本身有關(guān)也與其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)。

表1：一部分隔膜性能與電池性能的相關(guān)性比較

隔膜對鋰離子電池的用途及影響

厚度

厚度與內(nèi)阻有關(guān)，越薄內(nèi)阻越小，從而實現(xiàn)大功率充放電。在一定的機(jī)械強度下盡可能小，越厚穿刺強度越好。有關(guān)消耗型鋰離子電池，一般將25μm作為隔膜厚度的標(biāo)準(zhǔn)。但是便攜式產(chǎn)品的需求日益上升的形式下，16μm甚至更薄的隔膜開始大范圍使用。有關(guān)動力鋰離子電池來說，裝配過程中的機(jī)械要求，使得所需隔膜更厚一些，而且有關(guān)動力鋰離子電池來說安全性能非常緊要，而厚一些的隔膜意味著更好的安全性。

隔膜厚度的平均性是一個特別緊要的質(zhì)量指標(biāo)，它筆直影響隔膜卷的外觀質(zhì)量以致內(nèi)在性能，加工過程中非得嚴(yán)格把控。在自動化程度很高的隔膜加工線上，隔膜厚度都是采用精度很高的在線非接觸式測厚儀及快速反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行自動測試和控制的。隔膜的厚度平均性包括縱向厚度平均性和橫向厚度平均性，其中橫向厚度平均性尤為緊要，一般均要求控制在±1微米以內(nèi)。

孔徑

鋰離子電池隔膜材料本身具有微孔結(jié)構(gòu)，微孔在整個隔膜材料中的分布應(yīng)該平均。目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級，孔徑一般在0.03-0.12um。孔徑太小會新增電阻，孔徑太大容易使正負(fù)極接觸或被枝晶刺穿短路。一般來說，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的筆直通過，當(dāng)然也不排除有些電極表面解決不好，粉塵較多導(dǎo)致的一些諸如微短路等情況。

孔隙率

孔隙率是單體膜的體積中孔的體積百分率，它與原料樹脂及膜的密度有關(guān)。孔隙率的大小和內(nèi)阻有一定的關(guān)系，但不同種隔膜之間的空隙率的絕對值無法筆直比較。現(xiàn)有鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%-50%之間。

透氣阻力

理論上來說，隔膜不是電池的必要組成部分，是將來滿足工業(yè)化加工才加入的，所以隔膜要滿足一個很緊要的性能：不能惡化電池的電化學(xué)性能，緊要表今朝內(nèi)阻上。用兩個參數(shù)評價這一性能：

MacMullin數(shù)：含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值。此數(shù)值越小越好，消耗型鋰離子電池的這個數(shù)值為8左右。

Gurley數(shù)：一定體積的氣體，在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所要的時間。與隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比，即該數(shù)值越大內(nèi)阻越大。不過單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒有意義的，因為它們的微觀結(jié)構(gòu)可能完全不相同，但是同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小可以很好的反應(yīng)內(nèi)阻的大小。

溫度

閉孔溫度：電池內(nèi)部發(fā)生放熱反應(yīng)自熱、過充或者電池外部短路時，將會出現(xiàn)大量的熱量，造成微孔閉合，從而阻斷離子的持續(xù)傳輸而形成斷路，起到保護(hù)電池的用途，微孔閉合時的溫度就是閉孔溫度。但有關(guān)小電池，熱封閉機(jī)制所起的用途很有限。一般PE為130-140℃，PP為150℃。閉孔溫度低一些比較好。

破膜溫度是指電池內(nèi)部自熱，外部短路使電池內(nèi)部溫度升高，超過閉合溫度后微孔閉塞阻斷電流通過，熱熔性能溫度進(jìn)一步上升，造成隔膜破碎、電池短路。破碎時的溫度即為破膜溫度。破膜溫度高一些比較好。

穿刺強度

在一定的速度（每分鐘3-5米）下，讓一個沒有銳邊緣的直徑為1mm的針刺向環(huán)狀固定的隔膜，為穿透隔膜所施加在針上的最大力就稱為穿刺強度。足夠的穿刺強度可以戒備鋰枝晶、極片毛刺刺穿隔膜造成短路，抗穿刺強度值一般在300-500g。但是探測的時候所用的辦法和實際電池中的情況有很大的差別，筆直比較兩種隔膜的穿刺強度不是特別合理。

機(jī)械強度

機(jī)械強度緊要是指隔膜的拉伸強度，足夠的拉伸強度可以戒備隔膜變形。隔膜的拉伸強度與制膜的工藝有關(guān)。采用單軸拉伸，隔膜在拉伸方向上與垂直方向強度不同；而采用雙軸拉伸時，隔膜在兩個方向上一致性會相似。一般拉伸強度緊要是指縱向強度要達(dá)到100MP以上，橫向強度不能太大，過大會導(dǎo)致橫向收縮率增大，這種收縮會加大鋰離子電池廠家正、負(fù)極接觸的幾率。

浸潤性

為了保證電池的內(nèi)阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液完全浸潤。浸潤度一方面跟隔膜材料本身相關(guān)，另一方面?zhèn)€隔膜的表面及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。較好的浸潤性有利于提高隔膜與電解液的親和性，張大隔膜與電解液的接觸面，從而新增離子導(dǎo)電性，提高電池的充放電性能和容量。浸潤性可通過測定其吸液率和持液率來掂量。

一致性

由于制備工藝的不同，隔膜一致性可能差別較大。一致性包括閉合溫度等自身特性，以及電鏡下觀察孔洞的一致性和厚度的一致性等表觀一致性。隔膜的一致性越高對其他方面的性能都有好處。