锂离子电池包括4大主材：正极材料、负极材料、电解液和隔膜。顾名思义，隔膜是1层薄薄的膜材料，主要作用是将正、负极分隔开来，避免两极接触而短路，另外还具有能使电解质离子通过的功能。电池的种类不同，采取的隔膜也不同。对锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因此需要有耐有机溶剂的隔膜材料，目前经常使用的是高强度、薄膜化的聚烯烃多孔膜，如聚乙烯膜(polyethylene，PE)、聚丙烯膜(Polypropylene，PP)等。
动力电池安全是极其复杂的课题，而隔膜在电池安全中又扮演着相当重要的作用。常见的隔膜指标主要关注隔膜材质、厚度、陶瓷涂层、穿刺强度、热收缩性、TD、MD等。最近，UL (Underwriters Laboratories Inc)台湾分公司的Ethan Wang等详细对照了5种不同隔膜在LiCoO2电池加热、过充、针刺和外短路测试中的表现，有些结果还挺成心思，值得1读。论文详见The Effect of Battery Separator Properties on Thermal Ramp, Overcharge and Short Circuiting of Rechargeable Li-Ion Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (2): A125-A131.
1．5种隔膜基本信息
表1. 实验所对照的5种隔膜的基本信息图1. 5种隔膜的微观结构
实验中所对照的5种隔膜的基本信息和微观结构分别如表1和图1所示。其中PE12+4是唯1单面涂覆Al2O3的隔膜，熔点较未涂覆陶瓷的纯PE12提高了9 ℃，在5种隔膜中穿刺强度最高。PP16是唯1的干法隔膜，隔膜熔化温度最高较PE7、PE12和PE16提高了约24 ℃。同等设计下，使用较薄隔膜能有效提升电池能量密度。
2．加热测试
图2. 5种不同隔膜电池加热测试结果。温度范围30⑴80 ℃，升温速率为3 ℃/min
图3. 加热测试电池失效温度同隔膜熔点、熔化断裂温度之间的关系
5种不同隔膜电池加热测试结果如图2所示，从电压掉落时刻所对应的温度来看，5种不同电池的热稳定性从高到低顺次为：PP16 > PE12+4 > PE12 > PE16 > PE7。图3显示电池加热失效温度同隔膜的熔点和融化断裂温度呈线性关系：隔膜的熔点和融化断裂温度越高，电池加热失效温度也越高。如上所述，PP16有着最高的隔膜熔点和隔膜断裂温度，因此其热稳定性最好。常规认识1般认为隔膜越厚电池安全性越好，但本实验中反倒是使用PE12隔膜电池的热稳定性高于使用PE16的电池，由此表明隔膜厚度和电池能量密度其实不是决定电池加热测试中的决定性因素，隔膜的熔化温度和熔化断裂温度更加关键。一样16 μm厚度，使用PE12+4电池的失效温度较使用PE16电池的失效温度提升了20 ℃，表明隔膜表面陶瓷涂覆确切能提高隔膜和电池的热稳定性。值得注意的是，隔膜融化同隔膜所承受的负载力有关，作者建议需要深入研究不同类型电池中隔膜的张力。
3．过充测试
表2. 5种不同隔膜电池过充测试结果。过充起始SOC为0%，倍率0.5 C或1 C，截止条件为电压到达10 V或电池出现热失控。图4. 使用PE16电池0.5 C过充后拆解结果
图5. 5种不同隔膜热收缩测试结果
图6. 0.5 C过充后隔膜出现闭孔(a)和负极出现锂支晶(b)
使用5种不同隔膜电池过充测试结果如表2所示。1 C过充5种隔膜电池均产生热失控，0.5 C过充唯一使用PE12电池产生热失控。作者将使用PE16电池0.5 C过充落后行了拆解，发现靠近tab部位的隔膜产生了显著的热收缩(图4)。图5为5种隔膜在不同温度下的热收缩测试结果，不难看出150 ℃左右PE12的热收缩最大，而过充进程电池内部温度可到达乃至超过150 ℃，因此0.5 C过充惟独使用PE12电池发失控也在情理当中。如图6所示，0.5 C过充后隔膜产生闭孔，且在负极出现锂支晶析出，但并未产生锂支晶刺破隔膜现象。
4．内短路-针刺测试
表3. 5种不同隔膜电池50%SOC和100%SOC针刺摹拟内短路测试结果。针直径0.9 mm，截止条件为0.5 V压降。图7. (a) 50%SOC使用PE16电池针刺测试后拆解照片；(b) 不同隔膜电池针刺后隔膜孔洞大小   图8. 5种不同隔膜电池50%SOC针刺测试压力(a)和温度(b)曲线

表4. 3种通过针刺测试电池信息汇总
如表4所示，电池100%SOC针刺均产生热失控，而50%SOC针刺唯一PE7和PE12产生热失控。作者认为使用PE7和PE12电池针刺未通过可能与其能量密度相对较高有关。图7b是通过针刺测试的3种电池拆解后隔膜照片，PP16和PE16电池分别刺透了22层和21层，而PE12+4电池仅刺透了8层且孔径最小。3种通过针刺测试电池中惟独使用PE12+4电池未产生体积膨胀。图8所示的针刺进程电池压力和温度曲线也反应了使用PE12+4电池有着较好的抗针刺特性。对照表4的汇总信息不难看出，表面涂覆Al2O3陶瓷能有效提高隔膜的穿刺强度，进而减缓针刺所引发的内短路严重程度。另外，对照PP16和PE16的针刺孔径大小，较高的隔膜熔点也有助于减缓内短路严重程度。
5．外短路测试
表5. 外短路测试结果汇总图9. 外短路测试后电池拆解照片
图10. SEM显示外短路测试后隔膜出现闭孔
如表5汇总，同过充测试结果类似，外短路测试只有使用PE12隔膜电池产生热失控。图9的拆解结果显示外短路后PE12+4、PE16和PE7均产生了热收缩，惟有PP16保持完好，但SEM结果显示所有隔膜外短路后均产生了闭孔(图10)。
6．总结
加热测试应重点关注隔膜的熔点、熔化断裂温度和热收缩率，过充测试对隔膜的要求最高，内短路测试应重点关注隔膜的熔点、穿刺强度和厚度，而外短路则应关注隔膜的熔点、熔化断裂温度、热收缩率和闭孔功能。以上4大安全测试项目均同隔膜的熔点相干，因此隔膜的熔点特性值得重点关注。

论文信息：Ethan Wang, Hung-Ping Wu, Chao-Hung Chiu, Po-Heng Chou. The Effect of Battery Separator Properties on Thermal Ramp, Overcharge and Short Circuiting of Rechargeable Li-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (2): A125-A131.

广州市天畅科技有限公司是从事生产和开发阀控式密封铅酸蓄电池的专业厂家之1。公司总投资超过500万元人民币，生产范围为80万KVAH/年，自主设计、开发，生产从0.8AH⑶000AH的阀控式密封铅酸蓄电池。公司具有雄厚的技术气力，各环节均实行微电脑控制，可为客户量身定做各种规格的铅酸蓄电池。天畅电源各项性能已到达或超过IEC、JIS标准，具有容量高、体积小、重量轻、寿命长等优点，产品广泛的利用于通讯，电力操作系统，不中断电源（USP），应急电源（EPS），太阳能发电系统，电动玩具等领域。公司通过了中国检验认证团体ISO9001质量体系认证，电池产品前后通过了美国UL认证、欧盟的CE认证，和中国铁道部、电力部、信息产业部的检验，并取得了国家信息产业部的通讯装备入网许可证等。铅酸蓄电池供应商-天畅科技有限公司业务范围：12V铅酸蓄电池,找铅酸蓄电池厂家,了解铅酸蓄电池价格请联系400-186-8986,业务覆盖广州、上海、深圳、宁波、天津、佛山、惠州、东莞、温州、台州等地区,欢迎来电咨询。

---