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陶瓷隔膜对锂离子电池热失控影响及电池设计优化分析

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储能科学与技术 2024年第4期13卷 1154-1158页

作者：茆志友宁小玉张培培张贝相佳媛浙江南都电源动力股份有限公司浙江杭州310012 浙江南都鸿芯动力科技有限公司浙江杭州311103

本文主要研究了以聚乙烯(PE)材质为基膜、陶瓷为涂层的五种不同厚度及双面涂层的复合隔膜的表面形态、拉伸强度、穿刺强度等性能。并选择其中三款隔膜制成大容量铝壳电池进行热失控试验。研究发现,不同涂覆厚度的陶瓷涂层隔膜表面涂层致... 详细信息

本文主要研究了以聚乙烯(PE)材质为基膜、陶瓷为涂层的五种不同厚度及双面涂层的复合隔膜的表面形态、拉伸强度、穿刺强度等性能。并选择其中三款隔膜制成大容量铝壳电池进行热失控试验。研究发现,不同涂覆厚度的陶瓷涂层隔膜表面涂层致密,颗粒粒径分布范围较宽,形貌、大小相近;拉伸强度及穿刺强度方面,基膜为12μm的陶瓷隔膜不同涂覆厚度没有明显差异,并且同等厚度基膜单面涂覆和双面涂覆无明显差异;相同测试条件下,隔膜的热收缩率是(12+2+2)μm、(12+1.5+1.5)μm隔膜生产的电池测试发生热失控时的SOC分别为116.94%、117.64%,电池最高温度分别为530.9℃、430.7℃。实验表明陶瓷涂层厚度越大电池发生热失控的时间越迟,最高温度越低。此外,双面涂层隔膜(12+2+2)μm制成的电池发生热失控是在过充结束后的加热工步,最高温度仅为369.5℃。针对实验所产生的现象进行了分析,对电池的设计优化方向做了一些思考,指出了隔膜宽度方向超出负极极片、负极极片长度和宽度方向超出正极极片之外的部分(Overhang)的设计对于电池的安全是极其重要的,电池在设计时需要充分评估使用场景和极端条件的影响,结合选择的隔膜的热收缩率的大小,核算隔膜的收缩比例,确保Overhang的设计是满足电池全寿命周期安全需求。

关键词：陶瓷隔膜拉伸强度穿刺强度热失控设计优化

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陶瓷隔膜锂电池制备及低温性能监测

电源技术 2020年第2期44卷 165-167,234页

作者：杨波李锋刘冰广西电力职业技术学院广西南宁530007 广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080 华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510641

以常见的聚烯烃隔膜为例,分别研究通过湿法、干法两种途径制备而成的聚烯烃陶瓷隔膜的物理特性。以上述三种隔膜为材料制备比能量233 Wh/kg、容量4.5 Ah的无人机软包锂电池。实验证明,在温度低于-40℃的条件下4.0 C放电,普通隔膜、湿法... 详细信息

以常见的聚烯烃隔膜为例,分别研究通过湿法、干法两种途径制备而成的聚烯烃陶瓷隔膜的物理特性。以上述三种隔膜为材料制备比能量233 Wh/kg、容量4.5 Ah的无人机软包锂电池。实验证明,在温度低于-40℃的条件下4.0 C放电,普通隔膜、湿法制陶瓷隔膜、干法制陶瓷隔膜三种软包电池可用容量分别为最高容量的51.1%、62.6%、81.8%。相较于普通的聚烯烃材料隔膜,在超低温(低于-40℃)条件下,陶瓷隔膜能够使锂电池的倍率性能获得大幅提高。对于强化锂电池在超低温环境下的倍率性能,干法制备的聚烯烃材料陶瓷隔膜要比湿法制备的隔膜具有更高的能力。装机实验结果可知,干法制备的聚烯烃材料陶瓷隔膜的锂电池,在低温下的高倍放电性能更佳,无人机加速攀升续航时间更长。

关键词：放电倍率陶瓷隔膜低温无人机

陶瓷隔膜对于LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2动力锂离子电池性能的影响

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储能科学与技术 2019年第2期8卷 297-303页

作者：高蕾程广玉顾洪汇王可空间电源技术国家重点实验室上海空间电源研究所上海200245

本文以普通聚烯烃隔膜作为对比,研究了不同工艺的聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜对于Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2动力锂离子电池性能的影响。表征了三种隔膜的本征性能,包括微孔形貌、透气度和离子电导率。干法基膜陶瓷隔膜、湿法基膜陶瓷隔膜和... 详细信息

本文以普通聚烯烃隔膜作为对比,研究了不同工艺的聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜对于Li Ni0.8Co0.15Al0.05O2动力锂离子电池性能的影响。表征了三种隔膜的本征性能,包括微孔形貌、透气度和离子电导率。干法基膜陶瓷隔膜、湿法基膜陶瓷隔膜和普通聚烯烃隔膜的透气度值分别为165 sec/100 m L、200 sec/100 m L和520 sec/100 m L;离子电导率分别为0.952 m S/cm^2、0.703 m S/cm^2和0.622mS/cm^2。分别采用三种隔膜制作了容量为2 A·h的软包装电池,评估了电池的倍率性能、循环寿命以及荷电保持能力。结果发现,与普通聚烯烃隔膜相比,陶瓷隔膜可以提高电池的功率性能,并且干法聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜,其倍率增效作用较湿法基膜的陶瓷隔膜明显,尤其当放电倍率达到电池的设计极限时,干法聚烯烃基膜制作的陶瓷隔膜对于电池倍率性能的增效作用更加显著。

关键词：陶瓷隔膜高功率锂离子电池透气度

陶瓷隔膜对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)/C电池性能的影响

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电池 2021年第2期51卷 157-161页

作者：唐月娇张红梅陈晓涛石斌贵州梅岭电源有限公司特种化学电源国家重点实验室贵州遵义563003 重庆大学物理学院重庆400044

以聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/PP复合隔膜为基膜,研究单面涂覆陶瓷层(12μm干法基膜+4μm单面陶瓷层)和双面涂覆陶瓷层(12μm干法基膜+2μm双面陶瓷层)制作的陶瓷隔膜对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)/C体系锂离子电池性能的影响。用SE... 详细信息

以聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)/PP复合隔膜为基膜,研究单面涂覆陶瓷层(12μm干法基膜+4μm单面陶瓷层)和双面涂覆陶瓷层(12μm干法基膜+2μm双面陶瓷层)制作的陶瓷隔膜对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)/C体系锂离子电池性能的影响。用SEM、电化学阻抗谱(EIS)测试分析隔膜的微孔形貌、透气度和离子电导率。复合隔膜、单面涂覆和双面涂覆隔膜的透气度分别为501 s/100 ml、220 s/100 ml和175 s/100 ml;离子电导率分别为0.115 mS/cm^(2)、0.312 mS/cm^(2)和0.385 mS/cm^(2)。用3种隔膜制作锂离子电池,评估内阻、倍率性能、循环性能及贮存性能。涂覆陶瓷隔膜具有更高的吸液率、更低的内阻和更高的离子电导率,因此电池具有更好的倍率性能和循环性能,且双面涂覆陶瓷隔膜的性能更佳。

关键词：陶瓷隔膜 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_(2)/C 锂离子电池倍率性能循环性能

陶瓷隔膜在镍钴锰酸锂/石墨锂离子电池中性能

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储能科学与技术 2019年第4期8卷 725-731页

作者：吴明霞杨重阳章庆林陈思安仲勋周义荣上海奥威科技开发有限公司国家车用超级电容器系统工程技术研究中心上海201203 上海大学理学院上海200444 上海大学材料科学与工程学院上海200444

陶瓷隔膜广泛应用在动力锂离子电池中,直接影响到电池的电性能。选取了6种商品化的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)/陶瓷复合膜和聚烯烃/陶瓷复合膜,研究了其表面形貌、接触角、透气度和吸液率。并选用这6种隔膜制作了容量为2A·h的镍钴锰酸锂... 详细信息

陶瓷隔膜广泛应用在动力锂离子电池中,直接影响到电池的电性能。选取了6种商品化的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)/陶瓷复合膜和聚烯烃/陶瓷复合膜,研究了其表面形貌、接触角、透气度和吸液率。并选用这6种隔膜制作了容量为2A·h的镍钴锰酸锂/石墨软包锂离子电池,考察电池的内阻、自放电、容量、阻抗、倍率性能、循环寿命和高温浮充。结果表明,使用涂覆的陶瓷颗粒直径较小且均匀(0.2~0.5μm),高吸液率(2.0mg·cm^-2),低透气度[72s·(100mL)^-1]和较小内阻(4.65mΩ)的2号PET/陶瓷复合膜的锂离子电池综合性能最好,10C的高倍率下容量高达1C的94.9%,5C的大倍率循环500次后容量保持率高达102%,65°C高温浮充1000h后容量保持在初始的90.4%。

关键词：陶瓷隔膜锂离子电池高温浮充倍率性能循环性能

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陶瓷隔膜对锂离子电池低温性能的影响

电池 2018年第6期48卷 377-380页

作者：高蕾顾洪汇王可程广玉空间电源技术国家重点实验室上海空间电源研究所上海200245

以普通聚烯烃隔膜为空白样,对比干法和湿法聚烯烃基材制备的陶瓷隔膜的本征性能,包括透气度、微观形貌、孔隙率和离子电导率等。干法陶瓷隔膜、湿法陶瓷隔膜和普通隔膜的透气度分别为168 s/100 ml、224 s/100 ml和555 s/100 ml,离子电... 详细信息

以普通聚烯烃隔膜为空白样,对比干法和湿法聚烯烃基材制备的陶瓷隔膜的本征性能,包括透气度、微观形貌、孔隙率和离子电导率等。干法陶瓷隔膜、湿法陶瓷隔膜和普通隔膜的透气度分别为168 s/100 ml、224 s/100 ml和555 s/100 ml,离子电导率分别为1. 115 m S/cm、0. 735 m S/cm和0. 467 m S/cm。分别用3种隔膜制备容量4. 5 Ah、比能量233 Wh/kg的软包装锂离子电池。在-40℃下,以4. 0 C连续放电,干法陶瓷隔膜、湿法陶瓷隔膜以及普通隔膜软包装试验电池的容量保持率分别是额定容量的81. 8%、62. 6%和51. 1%。与普通聚烯烃隔膜相比,陶瓷隔膜可提高锂离子电池在超低温(-40℃)下的倍率性能。以干法聚烯烃膜为基材的陶瓷隔膜对电池超低温倍率性能的增效作用,高于以湿法聚烯烃膜为基膜的陶瓷隔膜。

关键词：锂离子电池低温陶瓷隔膜放电倍率干法湿法

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高耐热陶瓷隔膜对锂离子电池安全性能的影响

电源技术 2021年第6期45卷 716-718页

作者：谢玉虎李凯陈萌陈龙杨茂萍合肥国轩高科动力能源有限公司安徽合肥230012

相对于传统聚烯烃隔膜,陶瓷隔膜因其良好的耐热收缩性能得到大规模商业化应用。选择两款不同类型的黏结剂制备陶瓷隔膜。首先考察黏结剂对陶瓷隔膜性能的影响,然后研究陶瓷隔膜耐热收缩性能与电池安全性能之间的关联性。研究发现,陶瓷... 详细信息

相对于传统聚烯烃隔膜,陶瓷隔膜因其良好的耐热收缩性能得到大规模商业化应用。选择两款不同类型的黏结剂制备陶瓷隔膜。首先考察黏结剂对陶瓷隔膜性能的影响,然后研究陶瓷隔膜耐热收缩性能与电池安全性能之间的关联性。研究发现,陶瓷隔膜的耐热收缩性能与黏结剂的玻璃化转变温度正相关。电池过充电和加热安全性能测试结果表明,高耐热陶瓷隔膜有助于降低发生热失控的风险。

关键词：锂离子电池陶瓷隔膜黏结剂热失控

干法和湿法陶瓷隔膜对LiCoO_(2)/C电池性能的影响

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电池 2022年第2期52卷 135-138页

作者：班宵汉刘富亮唐月娇刘江涛贵州梅岭电源有限公司特种化学电源国家重点实验室贵州遵义563003 南京航空航天大学材料科学与技术学院江苏南京211106 重庆大学化学化工学院重庆400044

隔膜对锂离子电池的电性能、安全性能等有重要的影响。以湿法和干法聚烯烃隔膜为基底,涂覆Al_(2)O_(3)纳米陶瓷粉末,制备两种陶瓷隔膜,并对物理特性及组装电池的电性能进行分析。以湿法和干法聚烯烃隔膜为基底的陶瓷隔膜,孔隙率分别为56... 详细信息

隔膜对锂离子电池的电性能、安全性能等有重要的影响。以湿法和干法聚烯烃隔膜为基底,涂覆Al_(2)O_(3)纳米陶瓷粉末,制备两种陶瓷隔膜,并对物理特性及组装电池的电性能进行分析。以湿法和干法聚烯烃隔膜为基底的陶瓷隔膜,孔隙率分别为56.2%和46.9%,透气度分别为134.0 s/100 ml和244.3 s/100 ml,吸液率分别为3.81 mg/cm^(2)和2.89 mg/cm^(2);组装的电池20.00 C与1.00 C容量之比分别为97.80%和90.08%,50.00 C与1.00 C容量之比分别为30.86%和25.53%,以1.00 C在2.5~4.2 V循环300次的容量保持率分别为91.45%和88.31%。以湿法聚烯烃隔膜为基底的陶瓷隔膜的性能更好。

关键词：陶瓷隔膜锂离子电池倍率性能循环性能

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锂离子电池陶瓷隔膜的热降解行为

电源技术 2018年第10期42卷 1458-1461页

作者：荣彬森鲁伊恒吴婧李康胡佳信安徽理工大学化学工程学院安徽淮南232001

研究了锂离子电池陶瓷隔膜的热稳定性及热降解动力学,采用热重分析法,在氮气气氛中,升温速率分别为5、10、20和30℃/min的条件下,利用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Friedman和Modified Coats-Redfern方法对隔膜的非等温热分解动力学数... 详细信息

研究了锂离子电池陶瓷隔膜的热稳定性及热降解动力学,采用热重分析法,在氮气气氛中,升温速率分别为5、10、20和30℃/min的条件下,利用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Friedman和Modified Coats-Redfern方法对隔膜的非等温热分解动力学数据进行了分析。TG曲线显示隔膜分解率达到10%和15%时,最低热降解温度分别为424.5和431.5℃;隔膜的热降解为一步法,分解的温度区间为350～520℃,热分解的表观活化能为205.25 kJ/mol。分解率达到1.0%、2.0%和5.0%时,隔膜的最低分解温度分别为354.7、377.9和409.2℃;最大转化率为68.39%,对应最低分解温度为474.4℃,而残余碳化物及氧化铝为31.61%。

关键词：陶瓷隔膜热稳定性热降解动力学锂离子电池