锂硫电池隔膜与锂离子电池隔膜一样吗

来源：存能电气  日期：2019-06-11 16:59  浏览量：次

　　锂硫电池隔膜与锂离子电池隔膜一样吗？现代电动汽车的迅速崛起对电池能量密度提出了越来越高的要求，现在商用的锂离子电池已达不到一些电子设备的应用要求，而近几年研究日臻火热的锂硫电池具有高能量密度，其理论能量密度达到2600Wh·kg-1，是商用锂电池的5倍，符合电动汽车对电池的要求，也符合电子便携设备对电池“轻、小、薄”的要求。那么锂硫电池隔膜与锂离子电池隔膜一样吗？它们之间有什么相似之处和不同之处呢？

　　锂硫电池隔膜

　　典型的锂硫电池一般采用单质硫作为正极，金属锂片作为负极，它的反应机理不同于锂电池的离子脱嵌机理，而是电化学机理。

　　锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li2S)时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600Wh/kg。

　　近日，南京大学教授团队报道了以HKUST-1纳米粒子为装配单元，以PVDF-HFP为粘结剂，设计制备了具有良好柔韧性的金属有机骨架膜(MOF@PVDF-HFP)。所制备的MOF@PVDFHFP电池隔膜显示出良好的柔韧性，并且可以被认为是有效地限制阴极侧中的多硫化物中间体的良好物理屏障。同时，即使在超高电流密度(10mAcm-2)下，MOF@PVDF-HFP隔膜也可以实现稳定的锂沉积/剥离。在Li-S纽扣电池中引入MOF@PVDF-HFP隔膜后，实现了超长循环寿命，具有超低的容量衰减率。更重要的是，由MOF@PVDF-HFP隔膜组装的具有高硫负载量的柔性Li-S软包电池在不同的弯曲形状下表现出优异的稳定性，进一步说明了MOF@PVDF-HFP膜在实际应用中的潜在可能性。

　　锂电池隔膜

　　锂电池隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。

　　主要的锂电池隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP和三层PP/PE/PP等，其中前两类产品主要用于3C小电池领域，后几类产品主要用于动力锂电池领域。在动力锂电池用隔膜材料产品中，双层PP/PP隔膜材料主要由中国企业生产，在中国大陆使用，这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将PP与PE制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。

　　锂电池隔膜材料作用有哪些？

　　一、给电池提供安全保障

　　隔膜材料首先必须具备良好的绝缘性，以防止正负极接触短路或是被毛刺、颗粒、枝晶刺穿而出现的短路，因此，隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺强度，不易撕裂，并在突发的高温条件下基本保持尺寸的稳定，不会熔缩导致电池的大面积短路和热失控。

　　二、锂电池提供实现充放电功能、倍率性能的微孔通道

　　因此，隔膜必须是具有较高孔隙率而且微孔分布均匀的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制约着电池中锂离子的迁移，体现在性能参数上就是离子电导率。

　　作为锂电池的关键材料，电池隔膜在其中扮演着电子隔绝的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过，同时，隔膜对于保障锂电池的安全运行也起至关重要的作用。性能优异的隔膜对提高锂电池的综合性能具有重要的作用。预计锂电池隔膜行业至2020年将继续保持30%左右复合增速。