鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎

來源：存能電氣  日期：2019-06-11 16:59  瀏覽量：次

　　鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎？現代電動汽車的迅速崛起對電池能量密度提出了越來越高的要求，現在商用的鋰離子電池已達不到一些電子設備的應用要求，而近幾年研究日臻火熱的鋰硫電池具有高能量密度，其理論能量密度達到2600Wh·kg-1，是商用鋰電池的5倍，符合電動汽車對電池的要求，也符合電子便攜設備對電池“輕、小、薄”的要求。那么鋰硫電池隔膜與鋰離子電池隔膜一樣嗎？它們之間有什么相似之處和不同之處呢？

　　鋰硫電池隔膜

　　典型的鋰硫電池一般采用單質硫作為正極，金屬鋰片作為負極，它的反應機理不同于鋰電池的離子脫嵌機理，而是電化學機理。

　　鋰硫電池以硫為正極反應物質，以鋰為負極。放電時負極反應為鋰失去電子變為鋰離子，正極反應為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物，正極和負極反應的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負極反應逆向進行，即為充電過程。根據單位質量的單質硫完全變為S2-所能提供的電量可得出硫的理論放電質量比容量為1675mAh/g，同理可得出單質鋰的理論放電質量比容量為3860mAh/g。鋰硫電池的理論放電電壓為2.287V，當硫與鋰完全反應生成硫化鋰(Li2S)時。相應鋰硫電池的理論放電質量比能量為2600Wh/kg。

　　近日，南京大學教授團隊報道了以HKUST-1納米粒子為裝配單元，以PVDF-HFP為粘結劑，設計制備了具有良好柔韌性的金屬有機骨架膜(MOF@PVDF-HFP)。所制備的MOF@PVDFHFP電池隔膜顯示出良好的柔韌性，并且可以被認為是有效地限制陰極側中的多硫化物中間體的良好物理屏障。同時，即使在超高電流密度(10mAcm-2)下，MOF@PVDF-HFP隔膜也可以實現穩定的鋰沉積/剝離。在Li-S紐扣電池中引入MOF@PVDF-HFP隔膜后，實現了超長循環壽命，具有超低的容量衰減率。更重要的是，由MOF@PVDF-HFP隔膜組裝的具有高硫負載量的柔性Li-S軟包電池在不同的彎曲形狀下表現出優異的穩定性，進一步說明了MOF@PVDF-HFP膜在實際應用中的潛在可能性。

　　鋰電池隔膜

　　鋰電池隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜材質是不導電的，其物理化學性質對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

　　主要的鋰電池隔膜材料產品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等，其中前兩類產品主要用于3C小電池領域，后幾類產品主要用于動力鋰電池領域。在動力鋰電池用隔膜材料產品中，雙層PP/PP隔膜材料主要由中國企業生產，在中國大陸使用，這主要是因為目前階段還沒有中國企業能將PP與PE制成雙層復合膜的技術和能力。而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產品為主。

　　鋰電池隔膜材料作用有哪些？

　　一、給電池提供安全保障

　　隔膜材料首先必須具備良好的絕緣性，以防止正負極接觸短路或是被毛刺、顆粒、枝晶刺穿而出現的短路，因此，隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺強度，不易撕裂，并在突發的高溫條件下基本保持尺寸的穩定，不會熔縮導致電池的大面積短路和熱失控。

　　二、鋰電池提供實現充放電功能、倍率性能的微孔通道

　　因此，隔膜必須是具有較高孔隙率而且微孔分布均勻的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制約著電池中鋰離子的遷移，體現在性能參數上就是離子電導率。

　　作為鋰電池的關鍵材料，電池隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時，隔膜對于保障鋰電池的安全運行也起至關重要的作用。性能優異的隔膜對提高鋰電池的綜合性能具有重要的作用。預計鋰電池隔膜行業至2020年將繼續保持30%左右復合增速。