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当温度接近聚合物熔点时,多孔的离子传导的聚合物膜变成了无孔的绝缘层,微孔闭合而产生自关闭现象。这时,阻抗明显上升,通过电池的电流也受到限制,因而可防止由于过热而引起的爆炸等现象。
大多数聚烯烃隔膜由于其熔化温度低于200℃,如聚乙烯隔膜的自闭温度为130℃~140℃,而聚丙烯隔膜的自闭温度为170℃左右,当然在某些情况下,即使已经“自闭”,电池的温度可能继续升高,因此要求隔膜耐更高的温度及足够高的强度,近年来发展起来的PP与PE夹层膜,由于PP/PE/PP多层隔膜提供了较低的自闭温度,如80℃~120℃,同时又保持其强度,其安全性要比只用单层膜要好。复合多层成为目前研究开发的热点。
Fig.2为含聚烯烃隔膜的锂离子电池升温时,其阻抗与温度的关系。图中(a)为采用单层PP隔膜的锂离子电池,在温度为165℃时阻抗
明显升高约2个数量级,但是其阻抗仍然不较高,在此情形下仍有可能继续充电而导致安全问题;(b)为PE隔膜,其自闭温度为135℃,此时阻抗约升高3个数量级,由此可看出PE具有较低的关闭温度及高的阻抗;(c)为PP/PE/PP多层隔膜,可见其自闭温度宽,且自闭时阻抗较高,在锂离子电池中使用较安全,因此多层复合隔膜既具有一定的强度又具有较低的自闭温度,较适合作为锂离子电池隔膜。值得指出的是,并不是所有的隔膜都具有相同的关闭行为,其关闭能力与聚合物的分子量、结晶度、加工历史等有关。
3.5力学性能
对锂离子电池隔膜强度的要求较高,一般而言孔隙率较高,尽管其阻抗较低,其强度却要下降,采用单轴拉伸时,膜在拉伸方向与垂直拉伸方向强度不同,典型的锂电池隔膜在拉伸方向强度为~50N,而横向方向的强度为~5N。采用双轴拉伸制备的隔膜其强度在两个方向上基本一致。如日本东燃公司的隔膜就是采用双轴拉伸制备的。
综上所述可知,多层隔膜既具有一定的强度又具有较低的自关闭温度,较适合作为锂离子电池隔膜。固体聚合物电解质在锂离子电池中作为电解质的同时还可起隔膜的作用,是一很有前途的锂离子电池隔膜材料。
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