1、第 46 卷第 14 期2018 年 7 月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol. 46 No. 14Jul. 2018锂离子电池用隔膜孔隙率对电池性能的影响*毛继勇，许汉良( 珠海鹏辉能源有限公司，广东珠海519180)摘要:考察了锂离子电池用隔膜孔隙率对锂离子电池内阻、倍率放电、高温储存、常温 0. 5 C/0. 5 C 循环等性能的影响。随着锂离子电池隔膜孔隙率的增加，电池内阻有所降低，高温储存性能有所下降; 电池小电流( 0. 5 C、1 C) 倍率放电性能影响不大，大电流( 2 C、3 C) 倍率放电性能有所提升; 常温 0. 5 C/0. 5 C 循
2、环性能有所提高。综合考虑，当锂离子电池隔膜孔隙率为42%时，电池性能较优。关键词:隔膜; 孔隙率; 内阻; 高温储存; 倍率放电; 常温循环中图分类号:TM911. 11文献标志码:A文章编号:1001 9677( 2018) 14 0057 03*基金项目: 广东省科技计划项目( 2013B090500025) ; 广东省科技计划项目( 2015B010135009) 。通讯作者: 毛继勇( 1989 ) ，男，工程师，研究方向: 新能源材料及工艺。Effect of Electrolyte PS Content on Lithium ion Battery Performance*MAO
3、Ji yong，XU Han liang( Zhuhai Great Power Energy Co. ，Ltd. ，Guangdong Zhuhai 519180，China)Abstract: The effect of lithium ion battery separator porosity on resistance，discharge rate capability，hightemperature storage performance，room temperature cycle ( 0. 5 C/0. 5 C)performance of lithium ion batter
4、ies wasinvestigated. With the lithium ion battery separator porosity increased，the batteries resistance was decreased，thebatteries large current ( 2 C， 3 C) rate capability and room temperature cycle ( 0. 5 C/0. 5 C) performance were better.The separator porosity had little effect on low current ( 0
5、. 5 C，1 C) rate capability. Overall consideration，the batteriesperformances were best when the separator porosity was 42%.Key words: separator; porosity; resistance; high temperature storage; discharge rate capability; room temperaturecycle performance锂离子电池材料结构中，隔膜是关键的内层组件之一，其性能影响电池的电性能与安全性能1 3 。隔膜的
6、主要功能是隔离正极与负极4 ，以防止短路，同时其微孔可以使锂离子通过转移，而电子不能通过5 6 。隔膜微孔的大小、多少决定了隔膜的孔隙率7 。其中隔膜的孔隙率，影响电池的内阻、倍率、高温储存、循环等性能8 9 。本文采用同样 PP( 聚丙烯) 材质的锂离子隔膜，制备锂离子电池( 除隔膜之外，其它材质及设计工艺相同) ，研究了不同孔隙率的隔膜对锂离子电池内阻、倍率放电、高温储存、常温循环等性能的影响。1实验1. 1电池的制备正极: 活性物质锰酸锂，湖南桑顿; 镍钴锰酸锂，湖南桑顿; 导电剂纳米碳管，江苏天奈; 粘结剂聚偏氟乙烯( PVDF) ，法国 Solef，以质量比 39. 328. 90.
7、 81. 0 混合溶于 NMP( 光明，电子级) 中，制成均匀浆料，涂覆在 16 m 铝箔( 广西产，99. 5%) 上。负极: 活性物质石墨 ( 东莞产) ;导电炭黑 Super P，Timical 公司; 增稠剂 CMC( 内蒙古产，BV300B) ，粘结剂丁苯橡胶 SB( 上海产，SD 8556 ap) ，以质量比 96. 30. 81. 01. 9 混溶于去离子水( 电导率 1 S/cm) ，制成均匀浆料，涂覆在 9 m 铜箔( 惠州产，99. 7%) 上。正负极卷料经过辊压制成 164 170 m( 正极) 和 145 149 m( 负极) 厚度的极片。正、负极片和 PP( 聚丙烯)
8、 隔膜材料( 单层，20 m 厚) ，通过卷绕方式制成电芯，装入铝塑膜中，进行热封。在 90 下真空( 0. 08 MPa) 烘烤 10 h，注入试验电解液( 汕头产) ，待电解液完全浸润后，以 0. 2 C 恒流充电 16 min，然后 0. 5 C 恒流充电 45 min，进行化成。化成后抽气整形，分容得到样品电池，样品电池容量为 2000 mAh。根据隔膜孔隙率，分别标记为 A ( 孔隙率 38%) 、B ( 孔隙率40%) 、C( 孔隙率 42%) 、D( 孔隙率 44%) 、E( 孔隙率 46%) 。1. 2电池性能的测试按照不同孔隙率的隔膜，将电池进行标记后，用 BT3561交流电
9、阻测试仪( 日本产) 测量交流内阻( SOC 80%) ，然后放入 ITH 150 40 SP 高温箱( 广东产) 中，进行充放电测试。倍率性能测试:电池在室温条件下，在电池检测柜上以0. 2 C 恒流放电至 4. 2 V，再以 0. 2 C 恒流充电至 4. 2 V，而后4. 2 V 恒压充电，截止电流为 0. 05 C，搁置 30 min。再分别以58广州化工2018 年 7 月0. 5 C、1 C、2 C、3 C 电流进行放电至3. 0 V，并分别记录其放电容量，倍率 = 不同电流放电容量/0. 2 C 放电容量。高温储存性能测试:电池充满电后，放置在高温高湿箱中，( 60 3) 储存7
10、 天后，以0. 2 C 恒流放电至3. 0 V，记录放电容量为保持容量，容量保持率 = 保持容量/初始容量;在电池检测柜上以 0. 5 C 恒流充电至 4. 2 V，而后 4. 2 V 恒压充电，截止电流为 0. 05 C，搁置 30 min。以 0. 2 C 恒流放电至3. 0 V，搁置30 min，循环2 次，取3 次循环的最高容量为恢复容量，容量恢复率 = 恢复容量/初始容量。循环性能测试:电池在室温条件下，在电池检测柜上以0. 5 C 恒流充电至 4. 2 V，而后 4. 2 V 恒压充电，截止电流为0. 05 C，搁置 10 min。以 0. 5 C 恒 流 放 电 至 3. 0 V
11、，搁 置30 min。而后再以前述工步进行充放电，进行循环性能测试。2结果与讨论2. 1内阻测试采用不同孔隙率的隔膜制备的样品电池的内阻如表1 所示。表 1样品电池的内阻Table 1The batteries internal resistance at room temperature电池编号内阻/m电池编号内阻/m电池编号内阻/m电池编号内阻/m电池编号内阻/mA127B127C127D126E126A228B227C226D226E225A328B328C327D325E325A428B427C427D426E426由表 1 可知，各组样品电池的内阻随着孔隙率的增大，有所降低。这是因为
12、交流内阻测试时，隔膜孔隙率越大，锂离子的迁移相对更容易10 ，从而导致电池内阻有所降低。2. 2高温存储性能测试采用不同孔隙率的隔膜制备的样品电池的容量保持率、容量恢复率、厚度变化率如表 2 所示。表 2样品电池的高温存储性能Table 2The batteries high temperature storage performance方案60 ，7 天前电压/V内阻/m厚度/mm60 ，7 天后容量保持率/%容量恢复率/%厚度变化率/%A4. 198288. 9394. 5699. 401. 11B4. 197278. 9294. 6099. 261. 12C4. 197278. 9594
13、. 0399. 111. 16D4. 198268. 9293. 3098. 561. 10E4. 198258. 9493. 1698. 101. 13由表 2 可知，随着隔膜孔隙率的增加，电池的高温储存性能有所降低。由于隔膜微孔可以有效地让锂离子迁移通过，而电子不能通过。隔膜孔隙率越大，正负极锂离子的迁移就越容易。在高温储储存过程中，电池内部会发生副反应，隔膜孔隙率越大，正负极之间的副反应发生的相对越剧烈，从而高温储存性能较差。2. 3倍率性能测试采用不同孔隙率的隔膜制备的样品电池的倍率性能如表 3所示。表 3样品电池的倍率性能Table 3The batteries rate perfo
14、rmance方案初始容量/mAh倍率性能/%0. 5 C/0. 2 C 1 C/0. 2 C2 C/0. 2 C3 C/0. 2 CA302299. 8998. 1289. 3279. 70B302699. 9098. 1390. 2282. 33C302399. 8698. 1590. 9684. 52D302899. 8898. 1291. 7085. 06E302599. 8798. 2692. 0286. 19由表 3 可知，随着倍率放电电流的增大，隔膜孔隙率越高，其倍率性能越好。这是由于孔隙率越高，隔膜微孔越多，锂离子从负极迁移至正极就越容易，从而电池倍率放电性能就越好。2. 4循环
15、性能测试采用不同孔隙率的隔膜制备的样品电池的常温 0. 5 C/0. 5 C循环性能如图 1 所示。图 1样品电池的循环性能Fig. 1The batteries cycle performance由图 1 可知，随着常温 0. 5 C/0. 5 C 循环次数的增加，隔膜孔隙率越高，容量保持率越高。这是因为随着循环次数的增加，电池内部不断发生副反应，导致隔膜微孔发生堵塞等情况，电池内阻逐渐升高，极化增大，从而电池可逆容量降低，常温循环性能逐渐变差。3结论随着隔膜孔隙率的增加，电池内阻有所降低。当隔膜孔隙率为 38%时，电池的高温储存性能最佳，隔膜孔隙率为 38%的电池比隔膜孔隙率为 46% 的
16、电池，容量保持率高 1. 40%，容量恢复率高 1. 30%。 0. 5 C、1 C 小电流放电时，不同隔膜孔隙率制备的电池放电效率相差不大; 2 C、3 C 大电流放电时，隔膜孔隙率越大，电池放电效率越好。隔膜孔隙率越高，随着循环次数的增加，容量保持率越高。综合考虑，隔膜孔隙率为42%时，电池的综合性能较优。( 下转第 80 页)80广州化工2018 年 7 月5结论本文对邻二氮菲比色法测定铁含量的实验条件进行了优化，实验得出了最优实验条件，波长( 510 nm) 、显色剂用量( 2 mL) 、醋酸钠用量( 3 mL) 、显色时间( 10 min) ，并绘制出了铁溶液的标准曲线。在对不同试剂
17、添加顺序的几组样品的探究中发现，显色反应颜色深浅区别不大，但吸光度差别较大，其原因在于盐酸羟胺在邻二氮菲显色剂之前加入，会避免将铁标液中的 Fe3 +转化为 Fe2 +，以确保邻二氮菲与 Fe2 +反应生成的橙红色络合物的稳定性。同时将该方法运用于某牌多维铁口服溶液中铁浓度的测定，测得其铁物质的量浓度为 0.00803 molmL1。因此，本实验的研究对生活中实际测量某物质中铁含量有较大意义。参考文献 1董国力 . 微量元素铁、 锌、 碘、 硒、 氟与人体健康的相关性探究J .中国当代医药， 2013， 20( 6) : 183 184. 2徐素萍 . 微量元素铁与人体健康的关系J. 中国食物
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