【編號】2021-07

【題名】鋰離子電池內隔膜褶皺的原因及消除

【作者】閆曉清，胡志宇，劉鳳泉

【機構】北京師范大學；滄州明珠塑料股份有限公司；全球能源互聯網研究院先進輸電技術國家重點實驗室

【刊名】儲能科學與技術（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，隔膜局部區域出現褶皺并在隔膜和極片間殘留有氣泡是一個常見的現象。隔膜上的褶皺和隔膜/極片間界面的缺陷會造成電池內阻分布不均勻，內阻低的地方電池循環過程中可能會局部過充或過放，進而影響電池的一致性及循環性能。針對這一現象，對不同種類的隔膜進行了研究，發現溶劑碳酸二甲酯(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行分析，發現隔膜產生褶皺主要有兩個原因：DMC局部浸潤隔膜過程中，毛細作用導致隔膜在液體流動前端出現隆起，在隔膜和極片間出現間隙。同時，DMC擴散到隔膜和極片的內部孔隙所排出的氣體在極片/隔膜界面處積累形成氣泡，導致隔膜出現局部的變形和皺褶。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)的復合隔膜與正負極片熱壓黏合，粘合力抵消DMC浸潤隔膜時所產生的毛細作用，能夠減少或完全消除隔膜的褶皺。實驗表明，當隔膜和正極極片熱壓后的剝離強度小于10mN/cm時，黏結力尚不足以完全平衡毛細作用，隔膜仍會出現局部的皺縮，但褶皺數量明顯減少。當剝離強度大于15mN/cm時，隔膜的褶皺現象才被完全消除，說明提高隔膜與極片間的黏結強度，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穩定性，具有明確的實際應用價值。