锂电池隔膜作为正负极之间的保护屏障,能导通离子,不导电子。注液化成之后的理想状态,隔膜应该和极片之间保持完好且平整的贴合。
但很多时候,我们拆开电池会发现,隔膜打皱严重。(我们通过负极片的褶皱也能明显的看出来)
下面我们分三点来谈谈隔膜打皱:隔膜打皱的危害、隔膜打皱的原因和隔膜打皱的解决方案。
1.隔膜打皱的危害:
内阻上升:打皱部位的隔膜微孔结构被破坏,导致锂离子传输路径受阻,内阻增加15%-30%,显著降低充放电效率。‌
容量衰减:褶皱区域电解液浸润不均,造成活性物质利用率下降,某三元正极电池实验数据显示容量衰减率可达8%/100周次。‌‌
析锂诱发短路:打皱导致局部电流密度升高,石墨负极表面锂枝晶生长概率上升,增加短路的风险。
2. 隔膜打皱的原因:
材料缺陷:隔膜表面粗糙度>0.3μm(Ra标准值0.1-0.3μm),或抗拉强度<300MPa时更易产生褶皱。
工艺缺陷:卷绕张力波动过大,超过±3%就会出现极卷松紧不均匀(标准要求±1%)、烘箱温度梯度>5℃(允许值≤2℃)等。‌
热压工艺不合理:热压的-压力,温度,时间设置不合理,导致极卷定型不好。(可以看看之前写的:锂电工艺知识 | 热压工序的目的是什么?
注液工序不合理:注液过程一般包括(抽真空一次注液-静置-预充-抽真空二次注液)。如果抽真空的负压过大,速度过快,容易导致隔膜与极片之间分离。同时,预充之后会产气,二次注液时的抽真空也会连同气体和一部分电解液吸出。气体吸出的时候会形成气路,也有明显的褶皱。
电解液浸润不完全:电解液没有完全浸润,导致极片和隔膜之前存在干燥区、间隙、气泡,抽真空很容易发生褶皱。
极片表面缺陷:极片自带的缺陷(如凸起,凹坑等),容易影响隔膜与它的贴合,导致极片褶皱。
3. 隔膜打皱的解决方案:
解决方法其实与原因有共同之处,包括提示隔膜的基础性能,改进卷绕、热压、烘烤、注液工艺。
通过延长浸润时间,适当提高浸润温度(如45℃浸润),使极片浸润达到最佳状态。
另外,除了工艺改进之外。使用涂覆隔膜能有效的改进隔膜褶皱的问题。例如单面涂覆PVDF的隔膜,在热压后能显著提高粘结力,能完全消除和减少褶皱。