【編號】2021-07

【題名】鋰離子電池內(nèi)隔膜褶皺的原因及消除

【作者】閆曉清，胡志宇，劉鳳泉

【機(jī)構(gòu)】北京師范大學(xué)；滄州明珠塑料股份有限公司；全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院先進(jìn)輸電技術(shù)國家重點實驗室

【刊名】儲能科學(xué)與技術(shù)（2021年01期）

【文摘】在鋰離子電池制造過程中，電芯注入電解液時，隔膜局部區(qū)域出現(xiàn)褶皺并在隔膜和極片間殘留有氣泡是一個常見的現(xiàn)象。隔膜上的褶皺和隔膜/極片間界面的缺陷會造成電池內(nèi)阻分布不均勻，內(nèi)阻低的地方電池循環(huán)過程中可能會局部過充或過放，進(jìn)而影響電池的一致性及循環(huán)性能。針對這一現(xiàn)象，對不同種類的隔膜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)溶劑碳酸二甲酯(DMC)在流動浸潤隔膜過程中，各種隔膜均會產(chǎn)生褶皺，且褶皺間距隨隔膜厚度的增加略有增大。通過對DMC流動浸潤隔膜的前端進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隔膜產(chǎn)生褶皺主要有兩個原因：DMC局部浸潤隔膜過程中，毛細(xì)作用導(dǎo)致隔膜在液體流動前端出現(xiàn)隆起，在隔膜和極片間出現(xiàn)間隙。同時，DMC擴(kuò)散到隔膜和極片的內(nèi)部孔隙所排出的氣體在極片/隔膜界面處積累形成氣泡，導(dǎo)致隔膜出現(xiàn)局部的變形和皺褶。為解決上述問題，本文提出在電池加工過程中把涂布有聚偏氟乙烯(PVDF)的復(fù)合隔膜與正負(fù)極片熱壓黏合，粘合力抵消DMC浸潤隔膜時所產(chǎn)生的毛細(xì)作用，能夠減少或完全消除隔膜的褶皺。實驗表明，當(dāng)隔膜和正極極片熱壓后的剝離強(qiáng)度小于10mN/cm時，黏結(jié)力尚不足以完全平衡毛細(xì)作用，隔膜仍會出現(xiàn)局部的皺縮，但褶皺數(shù)量明顯減少。當(dāng)剝離強(qiáng)度大于15mN/cm時，隔膜的褶皺現(xiàn)象才被完全消除，說明提高隔膜與極片間的黏結(jié)強(qiáng)度，是一個解決隔膜/極片界面處缺陷的有效方法，隔膜褶皺等宏觀缺陷的消除也有利于提高鋰離子電池的一致性及循環(huán)穩(wěn)定性，具有明確的實際應(yīng)用價值。