德國 POROMETER / 2022年二月份電子報-電池隔離膜的孔徑分析

前言

鎳鎘（NiCd）電池（1946年首次工業化生產）價格便宜，但能量密度低且會自放電。但是，最大的擔憂是它們的毒性。因此，在某些國家和應用中已禁止使用它。與鎳鎘相比，鎳-金屬氫化物（Ni-MH）電池（1970年代開發）更便宜，容量更高，不易產生記憶效應且毒性較小。然而，它們仍然遭受高自放電率以及隨時間增加而衰減的困擾。基於對更高功率、更長壽命和更低成本的更環保替代品的需求，近年來，鋰離子電池（Li-Ion）和鋰聚合物（Li-Polymer）電池等基於鋰的電池不斷湧現。如今，鋰基電池可用於多種日常產品中，例如家用電子設備的智慧手機、筆電、照相和攝影機、油電混合汽車以及蓄電系統。

電池的組成

電池是電化學電池，即設備經由化學反應發電。典型的電池由兩個電極，一個陰極（+）和一個陽極（-）以及一種電解質組成。電極是導電體，並與電路的非金屬部分接觸，該電路的非金屬部分允許電荷（電解質）的循環。電池中的關鍵部件之一是隔離膜。它是一種多孔膜，一方面充當兩個電極之間的屏障，以防止短路，另一方面，它還允許電荷轉移（使電路閉合併使電流流通）。早期電池中使用的隔膜是由橡膠、纖維素、尼龍、玻璃紙或塑料等材質製成。

電池的組成

鋰電池基於比傳統電池更複雜的機制，傳統電池需要特殊的分析工具。在鋰基電池（鋰離子，鋰聚合物）中，隔離膜以聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）…這些材料的組合，聚烯烴和PVDF等材料。這些材料便宜並且具有良好的化學穩定性。理想上，它們應具有30至100 nm的孔徑範圍，以允許鋰離子在任一方向上循環。鋰離子在放電過程中從陽極移動到陰極，在充電過程中從陽極移動到陰極。同時，在過熱的情況下，隔離膜還以熔化和堵塞孔眼作為安全保護裝置，起到保護屏障的作用。

鋰電池充放電機制

隔離膜的結構和性質非常重要，因為它們會在很大程度上影響電池性能（能量和功率密度、循環壽命和安全性）。 因此，準確分析孔徑分佈和隔離膜的滲透性是了解其工作原理和確定改進途徑的基礎。這就是我們的POROLUX™1000孔徑分析儀可以提供幫助的方式。
 

POROLUX™1000分析電池隔離膜的孔徑

用POROLUX™1000對不同的聚合物電池隔板（出於保密原因，我們分別參考樣品A和B）進行了分析。測量了直徑25 mm，厚度約20um的樣品，並使用Porefil作為潤濕液。下表概述了樣品和獲得的結果：

樣品A及B孔徑分析結果

樣品A及B乾濕曲線圖

樣品A及B孔徑分佈圖

結論

孔徑分析對於隔離膜來說是一項相當重要的產品品管指標，惟有利用POROLUX 1000的Step & Stability的程序升壓法，才有辦法準確分析樣品的孔徑大小。

資料來源：POROMETER

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