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            全陶瓷PVDF鋰離子電池隔膜的電阻和介電性能及其對鋰離子電池性能的影響

            鋰電中國瀏覽量:6751時間:2014-06-30 10:49:01

            Shawn(Xiaohong)Zhao:謝謝張博士,謝謝組委會給我們一個機會來跟大家分享,同樣也是基于無紡布,但是我們采取了連續多孔PVDF的多孔膜開發出一種新的隔膜,我們希望大家給予我們支持和批評指正。

            我的題目是全陶瓷PVDF多孔膜電阻介電性子以及對鋰離子電池性能的影響。

            首先簡單介紹一下Porous Power公司,接下來我會把產品物理性能以及安全特性簡單講一下。第三部分會講一下我們怎么樣測試新型隔膜。第四部分是我會就我們公司隔膜一些具體的性能來講一些測試,包括我們推薦的一些測試方法。最后一部分我會就我們公司的隔膜在電池里面的一些基本性能,帶入一些具有代表性的,且較好的性能介紹一下。Porous Power公司是相對年輕的公司,06年成立,當時沒多少人,2011年被收購。

            我們的隔膜有兩個關健詞,一個是無紡布。我們的母公司也目前全世界第三大無紡布公司,但我們用無紡布來做夾層,我們把無紡布涂成隔膜。因為是涂布,所以沒有擠壓的過程,我們還可以在其中加入很多東西,除了陶瓷,還可以加如其他的功能材料。生產出的連續性隔膜多孔以后再進行往復復合,可以是三層或者兩層。通過電鏡掃描圖象,我們可以看到一些微顆粒,直徑大約在200納米左右。我們的隔膜造孔過程實際上是通過象反轉的特征來造孔,孔的特征是外大內小。從這里可以看出在通過了與陶瓷材料的均衡后,隔膜擁有非常好的界面性。另外,我們的隔膜在180攝氏度時每加熱一小時收縮率不超過3%。我們公司使用的是PVDF系統,其性能電導出色,這對于降低整個電池的內阻有很好的貢獻,而且倍率很好,可以比較容易地做成復合增壓電池。還有它的耐穿刺性很好。以及抗短路方面,同時對彎曲度的問題也有幫助。

            (PPT)這是一個掃描電機的細節圖,中間是無紡布的一個界面。我們看圍孔結構,呈海綿狀,這是一個20微米的隔膜。從隔膜的物理性質來看,基本上最低厚度達到20微米,重量在15~20克左右,氣體透過率在40~60秒之間。還有一個是孔芯,我們可以做到70%~80%,但強度非常低。在實際的多重復合膜方面,我們可以做到65~75%,平均孔徑基本上在300納米左右。在機器方向的拉伸強度,我們進行了較大改進,目前單層PP膜的強度將近一半,在14左右。

            在對不同的復合膜圍孔結構的數據來看,孔的大小對于其機械性有何種影響,對電池性能也會造成何種影響。一個是NC2020,另一個是PP/PE/PP。這里引進了一個MacMullin Number概念,且它越接近1,它的離子電導就越大,它越大,電導就越低。我們公司的NC2020是6.9,而三層的隔膜是8.2,行業相關標準在8~13之間。單層在11~13之間,F在有一個問題是,離子電導率高,那反放電方面如何呢?我們的一個實驗數據是,三層的PP/PE/PP隔膜是0.5。三層的其他隔膜是0.508,單層的其他隔膜是0.459,我們的產品是0.849,納米的無紡布是0.990。

            在這里要特別強調一點,是關于高電壓的問題,我們的PVDF隔膜在這方面表現相當不錯,因為其本身的化學性能比較穩定。還有我們的隔膜在孔晶設計和整個隔膜的結構設計上比較優化,所以工作性相當不錯。并且在這方面我們的工作大多是委托第三方機構檢測的,所以是具有可信度的。

            接下來我介紹一下我們膈膜產品的熱穩定性。在130攝氏度的情況下,我們用熱蒸方法達到了180攝氏度,使用了20克粒壓10秒鐘,PVDF隔膜先熔掉一部分,然后再擴散,結構基本和熱蒸后的直徑差不多。

            通過曲線可以發現我們的隔膜產品每1微米的厚度能承受的電壓大約為20V,所以理論上400v就是我們的隔膜能夠承受的最高限度。最后的結論是Hipot的試,我們發現由于介電一樣,所以它的最高范圍也是400v。我們還做了一些實驗,在沒有通過Hipot的電池和通過的電池做了對比容量測試,我們發現這二者沒有區別。我們隔膜產品的倍率性能很好,在高倍率情況之下我們的隔膜比普通隔膜更好。在零下30攝氏度,和零下50攝氏度是,其性能比普通隔膜好很多。我們的隔膜產品和傳統的隔膜相比最安全性和循環性上對電池有很大幫助。同時在測試中我們也發現我們這種隔膜并不適用于高電壓環境。

            謝謝大家,也感謝美國項目能源部給我們提供的幫助。

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