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鄒小姐：13326633089 -
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作為目前市場上的主流儲能設(shè)備，鋰電池的安全性能備受人們關(guān)注，多起相關(guān)安全事故總鬧得人心慌慌。比如說2013年的“特斯拉第一燒”，據(jù)調(diào)查其自燃原因是車輛在高速行駛中碰觸到異物，直接導(dǎo)致了電池內(nèi)隔膜崩潰，進(jìn)而導(dǎo)致了電池內(nèi)短路，最終引發(fā)自燃。
新能源汽車的電池組釋放出的能量是驚人的，由100節(jié)帶電量100Ah的電芯組成的電池組，失控能量達(dá)到240000KJ，約合57公斤TNT炸藥
看完上述案例，隔膜的重要性已無須多言。作為鋰離子電池四大關(guān)鍵材料之一，隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。可以很明確地說，隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響著電池的安全性、容量以及循環(huán)壽命。
隔膜的組成
鋰電池隔膜的主要原材料是聚乙烯（PP）、聚丙烯（PE），但由于隔膜對溫度要求較高，這些材料本身較低的熔融溫度、較差的機(jī)械性能都會成為隔膜的短板。因此為提高隔膜的熱穩(wěn)定性，涂覆技術(shù)逐漸被應(yīng)用到電池生產(chǎn)中。
滄州明珠生產(chǎn)的陶瓷涂覆隔膜在高溫180℃時仍能保持良好形態(tài)
目前主要的涂覆陶瓷材料有氧化鋁及勃姆石，涂覆后能夠顯著改善鋰電池在充、放電過程中電池內(nèi)部電流的分布均勻性，提高隔膜熔點(diǎn)和抗擊穿能力，防止隔膜因大幅度收縮或被刺穿而導(dǎo)致正負(fù)極接觸，減少鋰電池?zé)崾Э厣踔疗鸹鸨ǖ陌l(fā)生。現(xiàn)階段氧化鋁的應(yīng)用較廣，但勃姆石的發(fā)展?jié)摿?/span>也不容小覷，不過今天哪種涂覆材料更好用不是討論的重點(diǎn)，而是如何將涂層的功能更好地發(fā)揮出來。
涂層材料穩(wěn)定性有多重要？
要制備陶瓷隔膜，首先要將陶瓷顆粒、粘合劑、表面活性劑等充分分散在溶劑中形成粘度低、分散性和穩(wěn)定性優(yōu)良的漿料，再通過涂布、浸漬等方法在聚烯烴基膜表面形成表觀良好的陶瓷涂層。對于陶瓷漿料而言，制備穩(wěn)定性是一個能直接影響涂布質(zhì)量、進(jìn)而極大影響電池性能的綜合性影響參數(shù)——這是為什么呢？
前面也提到了，陶瓷漿料一般選用無機(jī)超細(xì)粉體（如氧化鋁和勃姆石）來提升電池的安全性能和機(jī)械性能。然而這些無機(jī)粉體的表面存在大量不飽和鍵，表面能大，容易在漿料中發(fā)生聚沉，嚴(yán)重影響陶瓷漿料的放置穩(wěn)定性。穩(wěn)定性差的漿料涂覆后形成的涂層附著力嚴(yán)重下降，陶瓷顆粒容易從涂層中脫離，使得隔膜和電極之間形成間隙，導(dǎo)致電池內(nèi)部阻抗增加，電流密度分布不均，引起鋰不均勻沉積、鋰枝晶生長，嚴(yán)重影響電池的電性能。
陶瓷隔膜結(jié)構(gòu)圖
因此，提升陶瓷漿料放置穩(wěn)定性、保持陶瓷顆粒在隔膜表面的穩(wěn)定粘附，對保證電池循環(huán)性能穩(wěn)定、提升電池安全性能至關(guān)重要。
影響陶瓷漿料穩(wěn)定性的因素
影響漿料穩(wěn)定性的因素有很多，如陶瓷粉體含量、攪拌時間、分散劑選擇。張文靜等以放置不同時間后陶瓷漿料涂覆形成的隔膜涂層的剝離力為檢測對象，測試了以上因素對漿料的放置穩(wěn)定性的影響，對漿料穩(wěn)定性尤其陶瓷涂層隔膜的剝離強(qiáng)度（剝離強(qiáng)度指的是涂層和基膜間單位寬度的黏結(jié)力大小）的影響，結(jié)論如下：
①固含量的影響
從下圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，鋁粉含量越低，涂布液對應(yīng)隔膜初始剝離強(qiáng)度越高，但放置穩(wěn)定性越差。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般對漿料的固含量有固定范圍要求，因此需要在保證剝離強(qiáng)度滿足條件的前提下盡量保證漿料的放置穩(wěn)定性良好。
固含量對漿料穩(wěn)定性的影響
②攪拌時間的影響
對漿料進(jìn)行攪拌的本質(zhì)，從宏觀來看是機(jī)械作用力的混合過程，從微觀看是顆粒粉末在介質(zhì)中的分散過程。通過攪拌可將溶液中的較大粉團(tuán)打散，使其均勻分散在溶液中。
適宜的攪拌時間是制備粘度等性能良好的漿料的必要條件——攪拌時間過短，攪拌進(jìn)行不充分，漿料內(nèi)部分散不均一，嚴(yán)重影響涂布表觀，團(tuán)聚的氧化鋁分團(tuán)甚至造成涂布設(shè)備的磨損；攪拌時間過長，破壞粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)，不利于粘結(jié)劑發(fā)揮作用，使?jié){料的表觀粘度不斷降低，不利于漿料的存放。因此在充分?jǐn)嚢璧幕A(chǔ)上，應(yīng)盡量減少富余攪拌時間，增加漿料穩(wěn)定性。
漿料攪拌時長對漿料穩(wěn)定性的影響
③分散劑的影響
為了提升漿料的放置穩(wěn)定性、防止粉體顆粒在漿料中發(fā)生團(tuán)聚，可以加入分散劑來調(diào)節(jié)粉體表面電荷、表面酸堿吸附，改善粉體顆粒的分散效果進(jìn)而獲得具有良好分散性和穩(wěn)定性的漿料。常用的分散劑包括電解質(zhì)類和表面活性劑兩種，前者可以改變顆粒的等電點(diǎn)，使分散系的zeta電位偏離粉體自身等電點(diǎn)附近的電位，使粉體顆粒間的靜電排斥力大于范德瓦爾引力而在漿料較為穩(wěn)定地分散；后者是利用其溶解形成的單體吸附在溶質(zhì)顆粒表面，形成空間位阻穩(wěn)定層，從而阻礙了顆粒間接觸，進(jìn)而發(fā)生聚沉。
張文靜等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比加入表面活性劑類分散劑DLS，加入電解質(zhì)類分散劑LiAc能更好地提升氧化鋁漿料的穩(wěn)定性（在放置240h后剝離力與放置40h時相當(dāng)），說明在該體系中，相比空間位阻效應(yīng)，改變氧化鋁顆粒的等電點(diǎn)對于防止氧化鋁顆粒團(tuán)聚更為有效。
放置240h后的漿料對應(yīng)涂層隔膜的SEM圖
資料來源：
鋰電隔膜陶瓷涂層漿料穩(wěn)定性研究，張文靜，章峰勇，王莉，王小記，李華峰。
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