日本人高度关注的电池隔膜纸

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2017-11-20 环球过滤分离技术网

       近年来随着便携式电子仪器的普及及其高性能化，需求具有高能量密度二次电池。特别是锂离子二次电池，与其它二次电池相比，构成电池的部件和系统都在积极地进行着种种改进和开发。对构成电池部件之一的电池隔离膜，也要求安全性能更佳并能提高电池特性。以往，锂离子二次电池用隔离膜，作为有暂停工作功能的隔离膜，通常使用微多孔烯烃类树脂膜。为防止出现短暂故障时电池内的热量迅即走失，要求隔离膜在耐热性方面更加优良。

三菱制纸株式会社在该研究的第一阶段，调研了构成无纺布隔离膜的纤维种类如何影响电池特性。研究结果指出，纤维素纤维、PET（聚酯）纤维适于做无纺布隔离膜用纤维。继之，在该研究的第二阶段中，对单纯纤维素类无纺布隔离膜和纤维素与PET纤维混合类无纺布隔离膜进行了比较，发现纤维素纤维和PET纤维混合类无纺布隔离膜的电池特性、安全性能更优良。

通过多次深入研究，得出：

(1）改变构成无纺布隔离膜的纤维种类，可得到不同孔隙率的无纺布隔离膜。无纺布隔离膜的孔隙率和电池特性之间有对应关系，组装进孔隙率高的隔离膜的电池单元具有更高的放电特性。

(2）由纤维素纤维、PET纤维构成的无纺布隔离膜，具有高孔隙率。

(3）纤维素纤维／PET纤维混合类无纺布隔离膜比单纯纤维素类无纺布隔离膜，在“平衡水分”、“湿强度残余率”方面性能更佳，并有良好的“耐热性”,是性能优良的电池用隔离膜。

下面是几张代表性的研究图示：

图1  各种隔离膜的放电特性

图1示出使用各种无纺布隔离膜的电池单元放电特性的比较结果。由图1可知：无纺布隔离膜比多孔质聚丙烯隔离膜表现出更高的放电特性。

在无纺布隔离膜之间进行比较，结果指出，纤维素纤维、次之聚酯纤维构成的无纺布隔离膜表现出较高的放电特性。

图2  各种隔离膜孔隙率和放电容量的关系

其次，图2示出了无纺布隔离膜的孔隙率与将各无纺布隔离膜组装进电池单元，并在电池放电速率为5C时放电容量的关系。

比较发现，无纺布隔离膜的孔隙率和放电容量之间有对应关系，组装进孔隙率高的隔离膜的电池单元，表现出较高的放电特性。通常认为，在电池单元内组装进高多孔性无纺布，电解液就会在电池单元内被均匀充填，从而可取得较高的放电特性。而且，纤维素纤维和PET纤维适于制造具有高孔隙率的无纺布隔离膜。

电池用隔离膜无论是组装进电池单元之前还是之后，都要求具备“耐热性”。

例如，图3比较了在180℃的条件下，纤维素类无纺布隔离膜和多孔质聚丙烯隔离膜的耐热性。由该图可知，多孔质膜大约经过5min处理，其隔离膜就大大收缩，失去了耐热性，而纤维素类无纺布隔离膜却有着充分的耐热性。

图3  塑料膜类隔离膜和纤维素类无纺布隔离膜的耐热性比较

（拟了解全部研究成果，请与中华纸业杂志社采编部联系，cbb@cppi.cn,0531-88935343）