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电池隔膜的选择与性能分析

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:第一阶段,普遍采用维纶电池隔膜。维纶电池隔膜具有良好的透气性,吸碱率高。丙纶综合性能较好,尤其是具有良好的耐酸碱性,成本也较低,迅速成为镍氢电池的标准隔膜用纤维原料。

电池隔膜的选择与性能分析

电池隔膜是电池的重要组成部分,起到阻隔正负极间电子电导、同时允许离子自由通过的作用。它直接影响电池的充放电电流及电压、比能量、比功率、自放电、循环寿命和耐冲击震动等关键性能。

3.2.2.1 镍氢电池隔膜用非织造材料的主要性能要求

目前,镍氢电池隔膜基本都是采用丙纶非织造材料,对其主要性能要求如下。

①在强碱性电解质溶液中具有很好的化学稳定性,包括耐碱性和耐氧化性,以防止隔膜在电解液中发生化学反应,从而响电池的放电量。

② 具有较高的电解液吸液速率和保液量,有利于电池的快速组装生产。隔膜吸附的电解液越多,电池正负极间的化学物质反应越充分,电池容量就越大,寿命也越长。

③具有较高的干、湿机械强度。电池组装生产中,隔膜随正负极材料一起卷绕的速度非常快,隔膜受到较大的拉伸力作用,因此要求其具有较高的干强度。组装成电池后,隔膜浸润在电解液中,起到阻隔电池正负极的作用,因而要求其具有较高的湿强度。

④ 具有一定的耐刺穿性,避免卷绕组装时被卷针和正负极板刺破。

⑤ 在满足机械强度的条件下,厚度越薄越好,以提高电池的比容量。

⑥ 低电阻。电阻过高,会使电池内耗增加,从而导致电池无法大电流放电。

⑦ 具有良好的绝缘性,以阻隔正负极,不发生短路问题。

⑧ 具有一定的孔径大小及均匀性。孔径太大会使电池正负极相互接触而短路,孔径太小则不利于离子通过,无法满足电池的大电流放电。(www.xing528.com)

⑨ 具有良好的透气性。因为电池在过充电时,正极产生的氧气必须穿过隔膜与负极上的氢结合,否则容易造成电池内压升高,极端情况下会导致电池漏液。

从上面的九大性能要求可以看出,镍氢电池隔膜用非织造材料属于特殊用途的非织造材料,综合性能要求非常高。

3.2.2.2 我国电池隔膜材料的发展历程

实际上,我国电池隔膜材料的发展已经经历了以下四个阶段。

第一阶段,普遍采用维纶电池隔膜。将聚乙烯醇纤维经气流成网后,再使用聚乙烯醇黏合剂经化学黏合加固而成。维纶电池隔膜具有良好的透气性,吸碱率高。但在高温碱性环境中,维纶会逐步溶解,隔膜上的黏合剂也会逐渐脱落,导致隔膜结构破损,影响电池的使用寿命。

第二阶段,使用锦纶为隔膜纤维原料。锦纶隔膜具有良好的电解液浸润性和较好的电解液保液性,其内阻较小。但锦纶在高温或浓碱环境中易发生水解反应,生成物含有等基团的副产物,其中可被电池隔膜吸附,与电极发生反应使电池自放电性增加,性能下降。而在电解液中与发生交互反应,使自放电问题加剧,缩短电池的使用寿命。

第三阶段,采用丙纶为隔膜纤维原料。丙纶综合性能较好,尤其是具有良好的耐酸碱性,成本也较低,迅速成为镍氢电池的标准隔膜用纤维原料。但由于丙纶大分子链中没有亲水性基团,丙纶隔膜的吸碱率和吸碱速度不如锦纶隔膜,造成电池内阻大,影响了电池的容量和循环寿命。

第四阶段,磺化亲水处理低熔点双组分ES纤维的开发应用。将ES纤维通过磺化接枝等亲水改性处理,可以大大提高隔膜的吸碱性,其在高温条件下的使用稳定性良好,可用于各种高性能电池中,是当前性能最好的镍氢电池隔膜。表3-3是某公司生产的镍氢电池隔膜性能要求。

表3-3 镍氢电池隔膜性能要求

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