隔膜对锂-铜电池短路时间的影响

摘要

隔膜在锂离子电池中起着防止正负极直接短路和提供离子传输通道的作用,决定着电池的安全性能.在本文中,我们利用锂-铜电池的短路时间建立了一种评价隔膜安全性能的方法.通过对电池短路时间的研究发现,对于同一种类型的隔膜,短路时间与隔膜厚度和内阻的线性相关度较高,隔膜厚度和内阻的增加均能延长电池的短路时间.同一厚度不同类型的隔膜,其电池的短路时间与隔膜自身的微孔结构相关.电池的短路时间与隔膜的穿刺强度之间的线性相关程度较低,结合电池短路后隔膜表面枝晶形貌的观察,我们推测枝晶是沿隔膜的孔道持续生长最终穿透隔膜,而非刺穿隔膜导致的电池短路.利用不同厚度的隔膜组装锂硫电池,发现循环寿命与隔膜厚度具有显著线性相关性,验证了测试方法在实际电池使用中的有效性.同时,研究也证实,利用功能隔膜调控锂的沉积行为、抑制锂的枝晶沉积能极大延长电池的短路时间,提升电池的安全性能,这为新型高安全性复合隔膜及电池的研究和设计提供了新的思路和理论依据.