不同研究者提供的PVDF隔膜改善结果均较好，但很少有PVDF涂层隔膜类型对电池性能影响的相关报道。有鉴于此，本文作者以3Ah软包装动力锂离子电池作为研究对象，重点考察不同类型涂胶隔膜对电池性能的影响。

 

1、 实验

 

1.1 隔膜性能测试

 

实验使用相同类型的9μm PE基膜+3μm单面氧化铝陶瓷隔膜进行不同类型的涂胶设计。所用隔膜为双面辊涂0.5g/m2水系PVDF胶(1号)、双面辊涂0.9g/m2水系PVDF胶(2号)、双面喷涂0.5g/m2水系PVDF胶(3号)和双面喷涂0.9g/m2水系PVDF胶(4号)。参照GB/T 36363—2018《锂离子电池用聚烯烃隔膜》测试厚度、面密度、透气度、拉伸强度、穿刺强度和热收缩率等项目；参照SH/T 1770—2010《塑料 聚乙烯水分含量的测定》测试隔膜中的水分；使用PC-12型实验热压机，采用80℃ 、5MPa、30s的热压条件，处理负极-隔膜-正极单元片，陶瓷涂胶面与正极侧相对，然后用HY-0580型万能拉力试验机测试隔膜涂胶层与正、负极片之间的180°剥离强度。

 

1.2 电池制备

 

正极浆料中，镍钴锰712单晶、导电剂碳纳米管和黏结剂PVDF的质量比为97∶2∶1，溶剂为NMP。负极浆料中，石墨、导电剂Super-P Li、分散剂CMC和SBR的质量比为96.0∶1.5∶1.0∶1.5，溶剂为去离子水。搅拌制浆后,分别将正、负极浆料涂覆在12μm厚的铝箔和6μm厚的铜箔上，使用1~ 4号隔膜，按照本公司正常电池制作工艺流程组装成3Ah软包装锂离子电池。电解液为1.0mol/L LiPF6/EC+PC+EMC+DMC+VC。

 

1.3 电池性能测试

 

分容内阻：分容后的电池用测试柜以0.10C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C后，用内阻仪测试电池内阻。用测试柜测试电池的倍率充放电、脉冲、高低温放电和循环性能。

 

倍率充电：电池以0.50C放电至2.50V后，静置30min，分别以0.33C、1.00C、2.00C和3.00C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C后，记录不同倍率下的充电容量、温升。倍率放电：电池以0.50C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C后，分别以0.33C、1.00C、2.00C和3.00C放电至2.50V，记录不同倍率下的放电容量、温升。不同倍率下的放电容量与1.00C倍率放电容量比值即为容量比。

 

脉冲充放电：在25℃下，将电池以0.50C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C充满电后，以0.50C恒流放出1/10的容量[即放电深度(DOD)为10%]，静置1h，以3.00C放电10s后，搁置40s，以2.25C充电10s，然后以0.50C恒流放电，调整DOD为20%，以此类推，直到放电至第9个1/10容量(即DOD为90%)，测试不同DOD下的脉冲充放电性能和直流内阻(DCR)。

 

高低温放电：电池以0.50C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C后，在一定环境温度下搁置20h，再以0.50C放电至2.50V，记录不同温度下电池的放电容量。常温循环：25℃下，电池以0.50C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C，再以1.00C放电至 2.80V，进行常温循环性能测试。高温循环：45℃下，电池以0.33C恒流充电至4.25V，转恒压充电至0.01C，再以相同倍率放电至2.80V，进行高温循环性能测试。

 

2、 结果与讨论

 

2.1 不同类型隔膜的性能

 

1~4号隔膜的性能列于表1。从表1可知,隔膜的拉伸强度、穿刺强度和热收缩率测试值差异较小，3号和4号喷涂涂胶隔膜的厚度相比1号和2号辊涂涂胶的厚度稍大，透气度稍低，与正、负极片间的剥离强度略低，说明喷涂相比辊涂涂胶层对透气度的影响较小，胶层覆盖率稍低，影响了与极片间的粘接力。

2.2 对电池分容后内阻的影响

取各隔膜制备的电池30只，测试分容内阻，结果见图1。从图1可知，3号和4号电池的内阻平均值稍低于1号和2号，相同涂覆面密度的1号电池比3号内阻平均值高0.26%，2号电池比4号内阻平均值高0.73%，说明辊涂涂胶隔膜对电池的内阻影响稍大于喷涂涂胶隔膜，随着涂胶量的增加,对内阻的影响也会增大。

相同辊涂涂胶工艺下，2 号电池比1号内阻高1.12%，4号电池比3号内阻高0.73%。相同涂覆工艺下，喷涂涂胶隔膜涂胶量面密度的增加对电池内阻的影响较小，可能与喷涂涂胶层对隔膜的透气度值影响较小，对离子传输性能影响较小有关。

 

2.3 对电池倍率充放电的影响

不同隔膜制备电池的倍率充放电性能见图2。从图2可知，随着充放电倍率的增加，不同类型涂胶隔膜的恒流充入比和放电容量比均呈减小趋势。

以至少2.00C倍率充电，3号和4号电池的恒流充入比稍大于1号和2号电池，高约1%；以至少2.00C倍率放电，3号和4号电池的容量比稍大于1号和2号电池，高约0.2%。这可能与喷涂工艺下涂胶层覆盖率低，对隔膜孔径及离子传输性能影响较小有关。相同充放电倍率下1~ 4号电池的温升差异较小。

 

2.4 对电池脉冲性能的影响

不同隔膜制备电池的脉冲性能见图3。从图3可知，随着电池DOD的增加，充放电的DCR呈增大趋势，其中，不同DOD下，1号、3号和4号电池的DCR差异不大，2号电池的DCR均高于前3者约5%，说明辊涂涂覆工艺，较高的涂胶量对电池的DCR影响较大。这可能与涂胶层的覆盖率较高，影响了离子电导率性能有关。

2.5 对电池高低温放电性能的影响

不同隔膜制备电池的高低温放电性能见图4。从图4可知，随着放电温度的降低，不同类型隔膜电池的放电容量与25℃的容量比，均呈降低趋势。

放电温度不低于0℃时，1~ 4号电池的容量与25℃的容量比差异较小；放电温度不高于-10℃时，2号电池的放电容量与25℃的容量比稍大；-20℃时，2号电池的放电容量与25℃的容量比优于1号电池4%，3号和4号电池放电容量与25℃的容量比相当，比1号和2号电池低3%以上。电池低温下的放电性能可能受不同类型隔膜电池的温升影响，2号电池内阻较大，低温下电池的内部温升可能较高，有利于提高电池中离子的传输性能。

 

2.6 对电池循环性能的影响

不同隔膜制备电池在不同温度下的循环性能见图5。从图5可知：1~ 4号电池在25℃常温循环时，前1000次的容量保持率无明显的差异；在45℃高温循环时，1000次的容量保持率差异较小。

在 25℃常温循环超过1000次后，1~ 4号电池的容量保持率逐渐出现差异，循环至2000次左右时，3号电池的容量保持率比1号约高1.7%，4号电池比2号约高1.8%。这表明，喷涂涂胶隔膜相比辊涂涂胶更有利于电池的长期循环寿命，可能与喷涂涂胶层对隔膜的离子传输通道影响较小相关。

 

3、 结论

以3Ah软包装动力锂离子电池作为研究对象，考察喷涂和辊涂两种不同类型水系涂胶隔膜对电池性能的影响。双面辊涂0.5g/m2水系PVDF胶、双面辊涂0.9g/m2水系PVDF胶、双面喷涂0.5g/m2水系PVDF胶和双面喷涂0.9g/m2水系PVDF胶的隔膜，分别为1号、2号、3号和4号隔膜。

 

相同涂胶面密度的隔膜，3号和4号均比1号和2号的厚度略大1μm 以上，透气度降低约20s，与正负极片间的粘接力略低0.5N/m，制备的3Ah软包装锂离子电池性能存在差异。与1号和2号电池相比，3号和4号电池具有较低的分容内阻和脉冲充放电DCR，以不低于2.00C充放电，倍率充电恒流充入比高约1%，倍率放电容量比高约0.2%，-20℃放电容量与25℃的容量比低3%以上。25℃和45℃下循环1000次，两种涂胶隔膜电池性能差异较小；25℃下循环超过1000次后，3号和4号电池的循环性能与1号和2号电池相比稍好，循环至2000次的容量保持率高约1.7%，说明喷涂涂胶隔膜相比辊涂涂胶更有利于电池的长期循环寿命。

 

文献参考：刘中奎,陈峰.涂胶隔膜对锂离子电池性能的影响[J].电池,2024,54(2):213-216

 

来源：Internet

关键词： PVDF涂胶隔膜 锂离子电池