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不同研究者提供的PVDF隔膜改善結(jié)果均較好，但很少有PVDF涂層隔膜類型對電池性能影響的相關(guān)報道。有鑒于此，本文作者以3Ah軟包裝動力鋰離子電池作為研究對象，重點考察不同類型涂膠隔膜對電池性能的影響。

1、 實驗

1.1 隔膜性能測試

實驗使用相同類型的9μm PE基膜+3μm單面氧化鋁陶瓷隔膜進行不同類型的涂膠設(shè)計。所用隔膜為雙面輥涂0.5g/m2水系PVDF膠(1號)、雙面輥涂0.9g/m2水系PVDF膠(2號)、雙面噴涂0.5g/m2水系PVDF膠(3號)和雙面噴涂0.9g/m2水系PVDF膠(4號)。參照GB/T 36363—2018《鋰離子電池用聚烯烴隔膜》測試厚度、面密度、透氣度、拉伸強度、穿刺強度和熱收縮率等項目；參照SH/T 1770—2010《塑料 聚乙烯水分含量的測定》測試隔膜中的水分；使用PC-12型實驗熱壓機，采用80℃ 、5MPa、30s的熱壓條件，處理負(fù)極-隔膜-正極單元片，陶瓷涂膠面與正極側(cè)相對，然后用HY-0580型萬能拉力試驗機測試隔膜涂膠層與正、負(fù)極片之間的180°剝離強度。

1.2 電池制備

正極漿料中，鎳鈷錳712單晶、導(dǎo)電劑碳納米管和黏結(jié)劑PVDF的質(zhì)量比為97∶2∶1，溶劑為NMP。負(fù)極漿料中，石墨、導(dǎo)電劑Super-P Li、分散劑CMC和SBR的質(zhì)量比為96.0∶1.5∶1.0∶1.5，溶劑為去離子水。攪拌制漿后,分別將正、負(fù)極漿料涂覆在12μm厚的鋁箔和6μm厚的銅箔上，使用1~ 4號隔膜，按照本公司正常電池制作工藝流程組裝成3Ah軟包裝鋰離子電池。電解液為1.0mol/L LiPF6/EC+PC+EMC+DMC+VC。

1.3 電池性能測試

分容內(nèi)阻：分容后的電池用測試柜以0.10C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C后，用內(nèi)阻儀測試電池內(nèi)阻。用測試柜測試電池的倍率充放電、脈沖、高低溫放電和循環(huán)性能。

倍率充電：電池以0.50C放電至2.50V后，靜置30min，分別以0.33C、1.00C、2.00C和3.00C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C后，記錄不同倍率下的充電容量、溫升。倍率放電：電池以0.50C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C后，分別以0.33C、1.00C、2.00C和3.00C放電至2.50V，記錄不同倍率下的放電容量、溫升。不同倍率下的放電容量與1.00C倍率放電容量比值即為容量比。

脈沖充放電：在25℃下，將電池以0.50C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C充滿電后，以0.50C恒流放出1/10的容量[即放電深度(DOD)為10%]，靜置1h，以3.00C放電10s后，擱置40s，以2.25C充電10s，然后以0.50C恒流放電，調(diào)整DOD為20%，以此類推，直到放電至第9個1/10容量(即DOD為90%)，測試不同DOD下的脈沖充放電性能和直流內(nèi)阻(DCR)。

高低溫放電：電池以0.50C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C后，在一定環(huán)境溫度下擱置20h，再以0.50C放電至2.50V，記錄不同溫度下電池的放電容量。常溫循環(huán)：25℃下，電池以0.50C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C，再以1.00C放電至 2.80V，進行常溫循環(huán)性能測試。高溫循環(huán)：45℃下，電池以0.33C恒流充電至4.25V，轉(zhuǎn)恒壓充電至0.01C，再以相同倍率放電至2.80V，進行高溫循環(huán)性能測試。

2、 結(jié)果與討論

2.1 不同類型隔膜的性能

1~4號隔膜的性能列于表1。從表1可知,隔膜的拉伸強度、穿刺強度和熱收縮率測試值差異較小，3號和4號噴涂涂膠隔膜的厚度相比1號和2號輥涂涂膠的厚度稍大，透氣度稍低，與正、負(fù)極片間的剝離強度略低，說明噴涂相比輥涂涂膠層對透氣度的影響較小，膠層覆蓋率稍低，影響了與極片間的粘接力。

2.2 對電池分容后內(nèi)阻的影響

取各隔膜制備的電池30只，測試分容內(nèi)阻，結(jié)果見圖1。從圖1可知，3號和4號電池的內(nèi)阻平均值稍低于1號和2號，相同涂覆面密度的1號電池比3號內(nèi)阻平均值高0.26%，2號電池比4號內(nèi)阻平均值高0.73%，說明輥涂涂膠隔膜對電池的內(nèi)阻影響稍大于噴涂涂膠隔膜，隨著涂膠量的增加,對內(nèi)阻的影響也會增大。

相同輥涂涂膠工藝下，2 號電池比1號內(nèi)阻高1.12%，4號電池比3號內(nèi)阻高0.73%。相同涂覆工藝下，噴涂涂膠隔膜涂膠量面密度的增加對電池內(nèi)阻的影響較小，可能與噴涂涂膠層對隔膜的透氣度值影響較小，對離子傳輸性能影響較小有關(guān)。

2.3 對電池倍率充放電的影響

不同隔膜制備電池的倍率充放電性能見圖2。從圖2可知，隨著充放電倍率的增加，不同類型涂膠隔膜的恒流充入比和放電容量比均呈減小趨勢。

以至少2.00C倍率充電，3號和4號電池的恒流充入比稍大于1號和2號電池，高約1%；以至少2.00C倍率放電，3號和4號電池的容量比稍大于1號和2號電池，高約0.2%。這可能與噴涂工藝下涂膠層覆蓋率低，對隔膜孔徑及離子傳輸性能影響較小有關(guān)。相同充放電倍率下1~ 4號電池的溫升差異較小。

2.4 對電池脈沖性能的影響

不同隔膜制備電池的脈沖性能見圖3。從圖3可知，隨著電池DOD的增加，充放電的DCR呈增大趨勢，其中，不同DOD下，1號、3號和4號電池的DCR差異不大，2號電池的DCR均高于前3者約5%，說明輥涂涂覆工藝，較高的涂膠量對電池的DCR影響較大。這可能與涂膠層的覆蓋率較高，影響了離子電導(dǎo)率性能有關(guān)。

2.5 對電池高低溫放電性能的影響

不同隔膜制備電池的高低溫放電性能見圖4。從圖4可知，隨著放電溫度的降低，不同類型隔膜電池的放電容量與25℃的容量比，均呈降低趨勢。

放電溫度不低于0℃時，1~ 4號電池的容量與25℃的容量比差異較?。环烹姕囟炔桓哂?10℃時，2號電池的放電容量與25℃的容量比稍大；-20℃時，2號電池的放電容量與25℃的容量比優(yōu)于1號電池4%，3號和4號電池放電容量與25℃的容量比相當(dāng)，比1號和2號電池低3%以上。電池低溫下的放電性能可能受不同類型隔膜電池的溫升影響，2號電池內(nèi)阻較大，低溫下電池的內(nèi)部溫升可能較高，有利于提高電池中離子的傳輸性能。

2.6 對電池循環(huán)性能的影響

不同隔膜制備電池在不同溫度下的循環(huán)性能見圖5。從圖5可知：1~ 4號電池在25℃常溫循環(huán)時，前1000次的容量保持率無明顯的差異；在45℃高溫循環(huán)時，1000次的容量保持率差異較小。

在 25℃常溫循環(huán)超過1000次后，1~ 4號電池的容量保持率逐漸出現(xiàn)差異，循環(huán)至2000次左右時，3號電池的容量保持率比1號約高1.7%，4號電池比2號約高1.8%。這表明，噴涂涂膠隔膜相比輥涂涂膠更有利于電池的長期循環(huán)壽命，可能與噴涂涂膠層對隔膜的離子傳輸通道影響較小相關(guān)。

3、 結(jié)論

以3Ah軟包裝動力鋰離子電池作為研究對象，考察噴涂和輥涂兩種不同類型水系涂膠隔膜對電池性能的影響。雙面輥涂0.5g/m2水系PVDF膠、雙面輥涂0.9g/m2水系PVDF膠、雙面噴涂0.5g/m2水系PVDF膠和雙面噴涂0.9g/m2水系PVDF膠的隔膜，分別為1號、2號、3號和4號隔膜。

相同涂膠面密度的隔膜，3號和4號均比1號和2號的厚度略大1μm 以上，透氣度降低約20s，與正負(fù)極片間的粘接力略低0.5N/m，制備的3Ah軟包裝鋰離子電池性能存在差異。與1號和2號電池相比，3號和4號電池具有較低的分容內(nèi)阻和脈沖充放電DCR，以不低于2.00C充放電，倍率充電恒流充入比高約1%，倍率放電容量比高約0.2%，-20℃放電容量與25℃的容量比低3%以上。25℃和45℃下循環(huán)1000次，兩種涂膠隔膜電池性能差異較?。?5℃下循環(huán)超過1000次后，3號和4號電池的循環(huán)性能與1號和2號電池相比稍好，循環(huán)至2000次的容量保持率高約1.7%，說明噴涂涂膠隔膜相比輥涂涂膠更有利于電池的長期循環(huán)壽命。

文獻參考：劉中奎,陳峰.涂膠隔膜對鋰離子電池性能的影響[J].電池,2024,54(2):213-216