2024年5月9日发(作者：庹冬莲)
广 东 化 工 2020年 第23期
·
6
· 第47卷总第433期
隔膜对锂离子电池性能的影响
王强
*
，黄河，宋鹏元，何巍
(惠州亿纬锂能股份有限公司，广东 惠州 516000)
[摘 要]LiFePO
4
由于其低成本、环境友好、优良的热稳定性和化学稳定性等优点被认为是目前最具前景的锂离子电池正极材料之一。本文
采用LiFePO
4
作为正极材料，研究了隔膜对电池电化学性能的影响。研究表明：相比于常规隔膜A，隔膜B可改善倍率放电、循环等电化学性
能。同时，LiFePO
4
电池存储性能优良，60 ℃-7天存储后，容量保持率大于98 %，容量恢复率大于100 %；1 C循环800周容量保持率为99.7 %，
循环1300周容量保持率为96.8 %。
[关键词]LiFePO
4
；隔膜；倍率充放电；循环性能
[中图分类号]TM912 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)23-0006-02
Effects of Separator on Properties of Lithium Ion Batteries
Wang Qiang
*
, Huang He, Song Pengyuan, He Wei
(EVE Energy Co., Ltd., Huizhou 516000, China)
Abstract：LiFePO
4
has been considered as the one of the most promising cathode materials in lithium-ion batteries due to its outstanding advantages of low cost,
environmental friendliness, excellent thermal and chemical stabilities, etc. The effects of separator on properties of lithium ion batteries using LiFePO
4
, as cathode
material were investigated．The results indicated that: Compared with conventional separator A, separator B can improve electrochemical performance such as
discharge rate, cycling et al. At the same time, the LiFePO
4
battery has excellent storage performance, The capacity retention is greater than 98 %, and the capacity
recovery is greater than 100 % after storage at 60 ℃-7 days; Also, it exhibited excellent cycling stability, the capacity retention was 99.7 % after 800 cycles and
96.8 % after 1300cycles at 1 C.
Keywords: LiFePO
4
；separator；discharge rate；cycling performance
锂离子电池因具有能量密度高、自放电小、安全性高、循环
寿命长等优点，越来越多地应用于消费数码(如：手机、电脑、数
码相机)、新能源汽车、航空航天等领域
[1-4]
。具有橄榄石结构的
过渡金属磷酸盐LiMPO
4
(LMP；M=Fe、Mn、Co、Ni)被Goodenough
[5]
发现后，一直是学术界和产业界研究的热点，尤其是LiFePO
4
，
具有优良的热稳定、对环境友好、相对低廉的成本(所使用的元素
来源丰富)、较高理论容量(170 mAh/g)、工作电压较高(3.4 V)及循
环性能较好等优势
[6-10]
，成为最有发展潜力的锂离子二次电池正
极材料。但LiFePO
4
正极材料自身电导率差10
-9
S·cm
-1
，较低的离
-10-152-1
加工性能差等问题限制LiFePO
4
材料子电导率10
~10 cm·s
，
的更广泛的应用
[11-12]
。为了解决这些存在的问题，目前有大量的
文献对LiFePO
4
进行了研究，主要体现在以下两大类方法：一是
制备亚微米或纳米级LiFePO
4
颗粒，改善其电化学性能
[13]
、对
LiFePO
4
晶格中掺杂金属离子(如：Ti
4+
、Zn
2+
、Co
2+
、Mn
2+
)等、
表面包覆碳材料改性等技术实现
[11,14]
；二是提升磷酸铁锂电池制
作工艺，如使用涂炭集流体、高电导率电解液、高性能隔膜等
[15-16]
。
隔膜作为锂离子电池结构中的关键材料之一，其性能影响电
池的电性能与安全性能。主要功能是隔开正极与负极，防止短路，
同时独有的微孔结构可使锂离子通过迁移，因此一定程度上影响
电池的电化学性能
[17-19]
。
本文采用磷酸铁锂作为正极材料，三种基础性能参数相近的
锂离子隔膜，隔膜A(透气度243 s/100 cc)、隔膜B(透气度230 s/100
cc)及隔膜C(透气度240 s/100 cc)，制备出锂离子电池(实验过程中
除隔膜之外，其余设计、材料、工艺等因素均相同)，研究了隔膜
对锂离子电池电化学性能的影响。
隔膜分别采用隔膜A、隔膜B及隔膜C，将制备好的正极极片、
负极极片与隔膜进行卷绕，经过组装、烘烤、注液、封口、化成、
分容、OCV测试等下线，制成软包电池。
1.2 材料分析与表征
实验采用日本JEOL公司生产的JSM型扫描电子显微镜对所
制备的正负极极片进行表面形貌的表征，分析制备过程中材料的
球形度和颗粒大小及表面形貌。
1.3 材料电化学性能测试
采用NEWARE BTS型电池测试系统对电池进行电性能测
试。
倍率测试：室温条件下，在测试柜上以0.5 C恒流放电至2.5
V，再以1 C恒流恒压充电至3.65 V，截止电流为0.05 C，搁置
30 min。然后分别以0.5 C、1 C、2 C、3 C
、4 C电流进行放电至
2.5 V，得到倍率放电数据；
储存性能测试:常温下1C充放电，测试放电初始容量，再充
满电后，放在60 ℃高温箱中，储存7天，以0.5 C恒流放电至2.5
V，记录放电容量为保持容量，容量保持率=保持容量/初始容量；
在电池检测柜上以1 C恒流恒压充电至3.65 V，截止电流0.05 C，
搁置10 min。以0.5 C恒流放电至3.0V，搁置10 min，循环3次，
取最高容量为恢复容量，容量恢复率=恢复容量/初始容量。
循环性能：充放电电压范围为2.5~3.65 V，1 C/1 C倍率下，
截止电流0.05 C，循环1500次。
2 结果与讨论
2.1 形貌表征
图1，a是磷酸铁锂正极片SEM图，由图中可以看出，所用
的磷酸铁锂颗粒较小，存在团聚现象，颗粒粒径分布在0.2~1 μm，
大小颗粒相互堆积，形成类球形颗粒，保证材料具有较好的紧密
度，同时颗粒间存在较多的间隙，CNTs及sp等导电剂可均匀分
布在活性材料表面及颗粒间的间隙位置，形成导电网络，增强材
料的离子电导率，便于Li+在物质间的迁移与传递；b是负极片
SEM图，颗粒间相互堆叠，经辊压过后仍存在一定的空隙，且负
极颗粒表面较均匀的分散了一层导电剂，形成较强的导电网络，
便于离子传输。
1 实验
1.1 电池制作
采用LiFePO
4
为正极活性材料，以NMP为溶剂，PVDF为粘
结剂，CNTs、炭黑(sp)为导电剂，按照活性物质：sp︰CNTs︰粘
结剂=95.5︰2︰0.5︰2(质量比)进行配料，采用转移式涂布机均匀
涂敷于铝箔上，经过干燥、辊压、分切，制备得到正极极片。采
用石墨为负极活性材料，采用水作为溶剂，SBR为粘结剂，CMC
为增稠剂，炭黑(sp)为导电剂，按照活性物质：SP︰SBR︰
CMC=95.5︰1.7︰1.6︰1.2(质量比)进行配料，采用转移式涂布机
均匀涂敷于铜箔上，经过干燥、辊压、分切，制备得到负极极片。
[收稿日期] 2020-10-19
[作者简介] 王强(1991-)，男，赣州人，硕士研究生，主要研究锂离子电池及材料。*为通讯作者。
2020年
第23期 广 东 化 工
第47卷 总第433期 ·
7
·
图1 LiFePO
4
正负极片SEM图
Fig.1 SEM of positive and negative plates of LiFePO
4
池倍率放电性能，表1为不同隔膜电池的倍率性能数据。
2.2 内阻测试
实验采用三种不同锂离子隔膜制备出样品电池，其内阻如图
表1 不同倍率性能
2 所示。
Tab.1 Performance at Different Rates
内阻分布直方图
1.6
1.4
1.2
1.0
密
度
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
31.632.032.432.8
内阻（mΩ）
33.233.6
均值
32.31
32.87
32.31
隔膜A
隔膜C
隔膜B
标准差N
0.408727
0.307332
0.275033
容量保持率/%
倍率
1 C/1 C
1 C/0.2 C
1 C/0.5 C
1 C/1 C
1 C/2 C
1 C/3 C
1 C/4 C
隔膜A
100.0
112.5
107.5
101.2
93.7
89.4
87.5
隔膜B
100.0
112.4
107.2
101.5
94.6
91.3
90.0
隔膜C
100.0
112.1
107.5
101.4
94.2
90.5
89.5
从表1数据分析可知，相同倍率下，放电倍率增大，隔膜透
气度越高，隔膜孔隙率相应也更大，Li
+
迁移过程就相对容易，从
而表现出较佳的倍率性能。但随着放电倍率的增加，相同放电时
间内Li
+
脱嵌与迁移量将变大，材料结构破坏也越严重，导致电池
极化增大，倍率性能下降，因此选择合适的倍率测试，对电池性
能的影响较大，总体上，隔膜B最优，隔膜C其次，隔膜A最后。
2.4 高温存储测试
实验中采用60 ℃高温存储，测试不同隔膜在高温条件下电压
变化率、内阻变化率、膨胀率、容量保持率和容量恢复率等数据
的变化，分析高温对不同隔膜电池电性能的影响。电池在2.5~3.65
V电压范围内进行充放电，表2为不同隔膜电池的高温存储数据。
图2 不同隔膜电池内阻图
Fig.2 Internal Resistance Diagram of Batteries with Different
Separator
图2是三种锂离子电池隔膜内阻数据，从图中数据可以发现，
隔膜A内阻32.31 mΩ，隔膜B内阻32.31 mΩ，隔膜C内阻32.87
mΩ，三种性能参数相近的隔膜，其内阻基本相同，因此可确保后
续测试的基本一致性与可靠性。
2.3 倍率性能测试
将不同隔膜制备出的电池在25 ℃，2.5~3.65 V用1 C充电后，
再分别以0.2 C ，0.5 C，1 C，2 C，3 C，4 C倍率放电，测试电
表2 高温存储性能
Tab.2 Storage Performance of High Temperature
60 ℃-7 D高温存储
电压变化率/%
0.6
0.6
0.6
膨胀率/%
0.5
0.2
0.4
容量保持率/%
98.78
98.56
98.59
容量恢复率/%
101.09
100.80
100.50
方案
隔膜A
隔膜B
隔膜C
内阻变化率/%
34.3
31.8
29.9
从表2分析可知：高温存储后，三种隔膜内阻变化率在
29.9 %~34.3 %，且透气度大的，其内阻变化相对更大，电压变化
率＜1 %，电池膨胀率＜0.5 %，基本无变化；从容量保持率＞
98.56 %，容量恢复率＞100.5 %分析，透气度的增加，电池高温
储存性能有一定提升，这是由于隔膜透气度越大，Li+迁移相对更
缓慢，高温存储过程中，电池产生的副反应就更少，从而减少了
副反应的发生，高温储存后，其容量保持率及容量恢复率相对更
佳，因此可知，隔膜A优于隔膜B，隔膜C最差。
2.4 循环性能测试
将实验制备的电池在常温25 ℃，2.5~3.65 V，1 C/1 C下循环
曲线，电池循环1500周的循环曲线如下图3所示。
由图3可以看出，三种隔膜在1 C/1 C充放电循环过程中，
循环600周，较最高容量保持率时下降~4 %，容量保持率均值在
101 %~102 %，1200周循环后，隔膜A与隔膜B保持率在97 %，
隔膜C保持率出现较大的衰减，仅有84.5 %，而1500周以后，
隔膜B容量保持率为96.3 %，相比于隔膜A高~2 %。从循环结
果分析，在循环过程中，电池内部不断发生界面反应，导致材料
结构坍塌，隔膜孔隙堵塞等现象，从而产生极化现象，电池内阻
逐渐增大，造成电池容量的衰减，而透气度低的隔膜B，其Li+
在迁移过程中越简单，因此相同条件下，其循环效果更好，可一
定程度上提升电池的循环性能。
110.0%
105.0%
100.0%
95.0%
隔膜A
隔膜B
隔膜C
1C/1C常温循环
容
量
保
持
率
/%
90.0%
85.0%
80.0%
75.0%
70.0%
001500
图3 在25 ℃，2.5~3.65 V，1C/1C下循环曲线
Fig.3 Cyclic curve of 1C/1C 2.5~3.65 V at 25 ℃
(下转第25页)
循环周数
2020年
第23期 广 东 化 工
第47卷 总第433期 ·
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·
综合单一填料填充结果，填料含量为45 %时已经可以满足
大部分加工和机械性能需要，导热系数也有了大幅提高，所以
确定填料含量为45 %，进行下一步的混合填充实验。
图6为混合填料比例对复合材料导热性能的影响，由图可
以看出随着硅微粉占比的降低，复合材料的导热性能有一个先
增加后减小的趋势，在三氧化二铝和硅微粉质量比为1∶1时达
到最大，为0.62 W/(m·K)，相比LDPE的0.37 W/(m·K)，有67 %
的提高。原因是不同填料用量比例合适时，使得不同填料之间
的协同发挥最大作用，更好构建导热通路。
混合填充时复合材料的其它性能如表1所示。从表1可以
看出在填料含量为45 %时，随着硅微粉比例的增加体系熔融指
数有小幅下降。与使用单一硅微粉填充时结果类似，硅微粉的
体积占比增大，易增大熔体的流动阻力，导致熔融指数减小。
在相同的填料含量下，混合填料的电击穿性能较单一填料
有一定提升，硅微粉与Al
2
O
3
质量比为3∶1时最大可以达到
36.69 kV/mm，但随着SiO
2
占比的增加，击穿性能有一定的下
降趋势，硅微粉与Al
2
O
3
质量比为1∶1时，复合材料击穿电压
为34.24 kV/mm。
对比力学性能数据，可以看出在硅微粉与Al
2
O
3
质量比为
1∶1时，复合材料的拉伸强度为12.9 MPa，缺口冲击强度达到
29.4 kJ/m
2
，力学性能较好。不同填料之间的协同作用使得集体
和填料之间的相互作用加大，从而提升了基体与填料的相容性，
一定程度上提高了复合材料的力学性能。
表1 混合填充时复合材料的其它性能
Tab.1 Other properties of composite materials during mixed filling
Al
2
O
3
∶SiO
2
3∶1
2∶1
1∶1
1∶2
1∶3
缺口冲击强度/(kJ/m
2
)
21.9
30.0
29.4
25.6
27.2
融熔指数/(g/10 min)
3.12
2.98
3.05
2.97
2.87
拉伸强度/MPa
12.8
12.7
12.9
12.6
12.8
击穿电压/(kV/mm)
36.69
35.64
34.24
33.86
34.67
3 结论
(1)硅微粉/LDPE复合材料相比Al
2
O
3
/LDPE复合材料热导
率更高，在60 %的填料用量时，二者达到最大分别为0.97
W/(m·K)和0.91 W/(m·K)。随着填料用量增加，复合材料力学性
能、电绝缘性能和熔融指数下降，硅微粉对复合材料的力学性
能和熔融指数影响显著。
(2)填料含量为45 %，硅微粉与Al
2
O
3
质量比为1∶1，复合
材料的综合性能良好。
参考文献
[1]Blythe T，Bloor D．Electrical Properties of Polymers[M]．London：
Cambridge University Press，2005：41-43．
[2]Vahedy V．Polymer insulated high voltage cables[J]．IEEE Electrical
Insulation Magazine，2006，22(3)：13-18．
[3]冯毅，李云翔，梁满兵．填充型导热塑料的热导率分析[J]．塑料工业，
2007，35(6)：250-251．
[4]李丽，王成国．导热塑料的研究与应用[J]．高分子通报，2007(07)：
25-31．
[5]李侃社，王琪．聚合物复合材料导热性能的研究[J]．高分子材料科学
与工程，2002(4)：10-15．
[6]张玉风，辛萌，苏明，等．高绝缘性良好导热性低密度聚乙烯电缆绝
缘材料的制备与性能[J]．青岛科技大学学报，2015，36(6)：655-659．
[7]王海侨，刘永荣，张帅，等．氧化铝纤维/HDPE复合材料的制备与力
学性能的研究[J]．塑料，2011，40(1)：90-93．
(本文文献格式：邱庚锐，滕贺，宋宝，等．导热绝缘聚乙烯电
缆料的制备与性能[J]．广东化工，2020，47(23)：23-25)
(上接第7页)
3 结论
实验采用LiFePO
4
作为正极材料，研究了不同锂离子电池
隔膜对材料电化学性能的影响，研究表明：常规隔膜A、隔膜
B和隔膜C在内阻相近的情况下，隔膜B在透气度上相比隔膜
A和隔膜C更小，因此在倍率性能上表现出更优的性能，2 C
以下，其倍率性能基本相当，2 C~4 C倍率下，其放电保持率相
差1 %~2 %；60 ℃-7天高温存储上，内阻变化率隔膜C＜隔膜
B＜隔膜A，电压变化率和膨胀率相当，容量保持率及恢复率，
隔膜A略优于隔膜B和C；循环1200周隔膜A和B保持率
~97 %，优于隔膜C，1500周后，隔膜B保持率比隔膜A高~2 %，
隔膜C循环最差。综上测试，隔膜B表现出最佳的电化学性能。
参考文献
[1]Luo Z J，Fan D D，Liu X L，et al．High performance silicon carbon
composite anode materials for lithium ion batteries[J]．Journal of Power
Sources，2009，189：16-21．
[2]Wu X L，Jiang L Y，Cao F F，et al．LiFePO
4
Nano particles Embedded
in a Nano-porous Carbon Matrix：Superior Cathode Material for
Electrochemical Energy-Storage Devices[J]．Advanced Materials，2009，
21：2710-2714．
[3]李恒，张丽鹏，于先进，等．锂离子电池正极材料的研究进展[J]．硅
酸盐通报，2012，31(6)：1486-1490．
[4]汤雁，刘攀，徐友龙，等．锂离子正极材料的研究现状与发展趋势[J]．电
子元件与材料，2014，33(8)：1-6．
[5]Padhi A K，Nanjundaswamy K S，Goodenough J B J．Electrochemical
Society，1997，144．
[6]Wang J，Yang J，Zhang Y，et al．Advanced Functional Materials，2013，
23，806．
[7]Malik R，Abdellahi A，Ceder G J．Electrochemical Society，2013，160．
[8]赵世玺，郭双桃，赵建伟，等．锂离子电池低温特性研究进展[J]．硅
酸盐学报，2016，44(1)：19-28．
[9]杨见青，关杰，梁波，等．我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究[J]．环
境工程，2017，35(2)：127-132．
[10]郭红霞，乔月纯，穆培振，等．锂离子电池正极材料研究与应用进
展[J]．无机盐工业，2016，48(3)：5-8．
[11]Gao L，Xu Z，Zhang S．The co-doping effects of Zr and Co on structure
and electrochemical properties of LiFePO
4
cathode materials[J]．Journal of
Alloys and Compounds，2018，739：529-535．
[12]孔令涌，黄少真，尚伟丽，等．LiFePO
4
/膨胀石墨复合材料的制备
及性能[J]．电子元件与材料，2016，35(1)：64-67．
[13]Liu H，Strobridge F C，Borkiewicz O J，et al．Science，2014，344．
[14]Wu L，Wang Z X，Li X H，et al．Transactions of Nonferrous Metals
Society of China[J]，2010，20(5)：814．
[15]陈鹏，任宁，姬学敏，等．涂层铝箔在石墨/磷酸铁锂电池中的应用
研究[J]．新能源进展，2017，5(2)：157-162．
[16]邓龙征，吴锋，杨智伟，等．涂层铝箔对磷酸铁锂电池性能影响研
究[J]．无机化学学报，2014，30(4)：770-779．
[17]闫金定．锂离子电池发展现状及其前景分析[J]．航空学报，2014，
35(10)：2767-2775．
[18]陈静娟．多孔无机膜的制备及其作为锂离子电池隔膜的研究[D]．广
州：华南理工大学，2013．
[19]Valadoula Deimede，Costas Elmasides．Separators for Lithium Ion
Batteries：A review on the Production Processes and recent Developments
[J]．Energy Technology，2015(5)：453-468．
(本文文献格式：王强，黄河，宋鹏元，等．隔膜对锂离子电池
性能的影响[J]．广东化工，2020，47(23)：6-7)
2024年5月9日发(作者：庹冬莲)
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隔膜对锂离子电池性能的影响
王强
*
，黄河，宋鹏元，何巍
(惠州亿纬锂能股份有限公司，广东 惠州 516000)
[摘 要]LiFePO
4
由于其低成本、环境友好、优良的热稳定性和化学稳定性等优点被认为是目前最具前景的锂离子电池正极材料之一。本文
采用LiFePO
4
作为正极材料，研究了隔膜对电池电化学性能的影响。研究表明：相比于常规隔膜A，隔膜B可改善倍率放电、循环等电化学性
能。同时，LiFePO
4
电池存储性能优良，60 ℃-7天存储后，容量保持率大于98 %，容量恢复率大于100 %；1 C循环800周容量保持率为99.7 %，
循环1300周容量保持率为96.8 %。
[关键词]LiFePO
4
；隔膜；倍率充放电；循环性能
[中图分类号]TM912 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)23-0006-02
Effects of Separator on Properties of Lithium Ion Batteries
Wang Qiang
*
, Huang He, Song Pengyuan, He Wei
(EVE Energy Co., Ltd., Huizhou 516000, China)
Abstract：LiFePO
4
has been considered as the one of the most promising cathode materials in lithium-ion batteries due to its outstanding advantages of low cost,
environmental friendliness, excellent thermal and chemical stabilities, etc. The effects of separator on properties of lithium ion batteries using LiFePO
4
, as cathode
material were investigated．The results indicated that: Compared with conventional separator A, separator B can improve electrochemical performance such as
discharge rate, cycling et al. At the same time, the LiFePO
4
battery has excellent storage performance, The capacity retention is greater than 98 %, and the capacity
recovery is greater than 100 % after storage at 60 ℃-7 days; Also, it exhibited excellent cycling stability, the capacity retention was 99.7 % after 800 cycles and
96.8 % after 1300cycles at 1 C.
Keywords: LiFePO
4
；separator；discharge rate；cycling performance
锂离子电池因具有能量密度高、自放电小、安全性高、循环
寿命长等优点，越来越多地应用于消费数码(如：手机、电脑、数
码相机)、新能源汽车、航空航天等领域
[1-4]
。具有橄榄石结构的
过渡金属磷酸盐LiMPO
4
(LMP；M=Fe、Mn、Co、Ni)被Goodenough
[5]
发现后，一直是学术界和产业界研究的热点，尤其是LiFePO
4
，
具有优良的热稳定、对环境友好、相对低廉的成本(所使用的元素
来源丰富)、较高理论容量(170 mAh/g)、工作电压较高(3.4 V)及循
环性能较好等优势
[6-10]
，成为最有发展潜力的锂离子二次电池正
极材料。但LiFePO
4
正极材料自身电导率差10
-9
S·cm
-1
，较低的离
-10-152-1
加工性能差等问题限制LiFePO
4
材料子电导率10
~10 cm·s
，
的更广泛的应用
[11-12]
。为了解决这些存在的问题，目前有大量的
文献对LiFePO
4
进行了研究，主要体现在以下两大类方法：一是
制备亚微米或纳米级LiFePO
4
颗粒，改善其电化学性能
[13]
、对
LiFePO
4
晶格中掺杂金属离子(如：Ti
4+
、Zn
2+
、Co
2+
、Mn
2+
)等、
表面包覆碳材料改性等技术实现
[11,14]
；二是提升磷酸铁锂电池制
作工艺，如使用涂炭集流体、高电导率电解液、高性能隔膜等
[15-16]
。
隔膜作为锂离子电池结构中的关键材料之一，其性能影响电
池的电性能与安全性能。主要功能是隔开正极与负极，防止短路，
同时独有的微孔结构可使锂离子通过迁移，因此一定程度上影响
电池的电化学性能
[17-19]
。
本文采用磷酸铁锂作为正极材料，三种基础性能参数相近的
锂离子隔膜，隔膜A(透气度243 s/100 cc)、隔膜B(透气度230 s/100
cc)及隔膜C(透气度240 s/100 cc)，制备出锂离子电池(实验过程中
除隔膜之外，其余设计、材料、工艺等因素均相同)，研究了隔膜
对锂离子电池电化学性能的影响。
隔膜分别采用隔膜A、隔膜B及隔膜C，将制备好的正极极片、
负极极片与隔膜进行卷绕，经过组装、烘烤、注液、封口、化成、
分容、OCV测试等下线，制成软包电池。
1.2 材料分析与表征
实验采用日本JEOL公司生产的JSM型扫描电子显微镜对所
制备的正负极极片进行表面形貌的表征，分析制备过程中材料的
球形度和颗粒大小及表面形貌。
1.3 材料电化学性能测试
采用NEWARE BTS型电池测试系统对电池进行电性能测
试。
倍率测试：室温条件下，在测试柜上以0.5 C恒流放电至2.5
V，再以1 C恒流恒压充电至3.65 V，截止电流为0.05 C，搁置
30 min。然后分别以0.5 C、1 C、2 C、3 C
、4 C电流进行放电至
2.5 V，得到倍率放电数据；
储存性能测试:常温下1C充放电，测试放电初始容量，再充
满电后，放在60 ℃高温箱中，储存7天，以0.5 C恒流放电至2.5
V，记录放电容量为保持容量，容量保持率=保持容量/初始容量；
在电池检测柜上以1 C恒流恒压充电至3.65 V，截止电流0.05 C，
搁置10 min。以0.5 C恒流放电至3.0V，搁置10 min，循环3次，
取最高容量为恢复容量，容量恢复率=恢复容量/初始容量。
循环性能：充放电电压范围为2.5~3.65 V，1 C/1 C倍率下，
截止电流0.05 C，循环1500次。
2 结果与讨论
2.1 形貌表征
图1，a是磷酸铁锂正极片SEM图，由图中可以看出，所用
的磷酸铁锂颗粒较小，存在团聚现象，颗粒粒径分布在0.2~1 μm，
大小颗粒相互堆积，形成类球形颗粒，保证材料具有较好的紧密
度，同时颗粒间存在较多的间隙，CNTs及sp等导电剂可均匀分
布在活性材料表面及颗粒间的间隙位置，形成导电网络，增强材
料的离子电导率，便于Li+在物质间的迁移与传递；b是负极片
SEM图，颗粒间相互堆叠，经辊压过后仍存在一定的空隙，且负
极颗粒表面较均匀的分散了一层导电剂，形成较强的导电网络，
便于离子传输。
1 实验
1.1 电池制作
采用LiFePO
4
为正极活性材料，以NMP为溶剂，PVDF为粘
结剂，CNTs、炭黑(sp)为导电剂，按照活性物质：sp︰CNTs︰粘
结剂=95.5︰2︰0.5︰2(质量比)进行配料，采用转移式涂布机均匀
涂敷于铝箔上，经过干燥、辊压、分切，制备得到正极极片。采
用石墨为负极活性材料，采用水作为溶剂，SBR为粘结剂，CMC
为增稠剂，炭黑(sp)为导电剂，按照活性物质：SP︰SBR︰
CMC=95.5︰1.7︰1.6︰1.2(质量比)进行配料，采用转移式涂布机
均匀涂敷于铜箔上，经过干燥、辊压、分切，制备得到负极极片。
[收稿日期] 2020-10-19
[作者简介] 王强(1991-)，男，赣州人，硕士研究生，主要研究锂离子电池及材料。*为通讯作者。
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第23期 广 东 化 工
第47卷 总第433期 ·
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·
图1 LiFePO
4
正负极片SEM图
Fig.1 SEM of positive and negative plates of LiFePO
4
池倍率放电性能，表1为不同隔膜电池的倍率性能数据。
2.2 内阻测试
实验采用三种不同锂离子隔膜制备出样品电池，其内阻如图
表1 不同倍率性能
2 所示。
Tab.1 Performance at Different Rates
内阻分布直方图
1.6
1.4
1.2
1.0
密
度
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
31.632.032.432.8
内阻（mΩ）
33.233.6
均值
32.31
32.87
32.31
隔膜A
隔膜C
隔膜B
标准差N
0.408727
0.307332
0.275033
容量保持率/%
倍率
1 C/1 C
1 C/0.2 C
1 C/0.5 C
1 C/1 C
1 C/2 C
1 C/3 C
1 C/4 C
隔膜A
100.0
112.5
107.5
101.2
93.7
89.4
87.5
隔膜B
100.0
112.4
107.2
101.5
94.6
91.3
90.0
隔膜C
100.0
112.1
107.5
101.4
94.2
90.5
89.5
从表1数据分析可知，相同倍率下，放电倍率增大，隔膜透
气度越高，隔膜孔隙率相应也更大，Li
+
迁移过程就相对容易，从
而表现出较佳的倍率性能。但随着放电倍率的增加，相同放电时
间内Li
+
脱嵌与迁移量将变大，材料结构破坏也越严重，导致电池
极化增大，倍率性能下降，因此选择合适的倍率测试，对电池性
能的影响较大，总体上，隔膜B最优，隔膜C其次，隔膜A最后。
2.4 高温存储测试
实验中采用60 ℃高温存储，测试不同隔膜在高温条件下电压
变化率、内阻变化率、膨胀率、容量保持率和容量恢复率等数据
的变化，分析高温对不同隔膜电池电性能的影响。电池在2.5~3.65
V电压范围内进行充放电，表2为不同隔膜电池的高温存储数据。
图2 不同隔膜电池内阻图
Fig.2 Internal Resistance Diagram of Batteries with Different
Separator
图2是三种锂离子电池隔膜内阻数据，从图中数据可以发现，
隔膜A内阻32.31 mΩ，隔膜B内阻32.31 mΩ，隔膜C内阻32.87
mΩ，三种性能参数相近的隔膜，其内阻基本相同，因此可确保后
续测试的基本一致性与可靠性。
2.3 倍率性能测试
将不同隔膜制备出的电池在25 ℃，2.5~3.65 V用1 C充电后，
再分别以0.2 C ，0.5 C，1 C，2 C，3 C，4 C倍率放电，测试电
表2 高温存储性能
Tab.2 Storage Performance of High Temperature
60 ℃-7 D高温存储
电压变化率/%
0.6
0.6
0.6
膨胀率/%
0.5
0.2
0.4
容量保持率/%
98.78
98.56
98.59
容量恢复率/%
101.09
100.80
100.50
方案
隔膜A
隔膜B
隔膜C
内阻变化率/%
34.3
31.8
29.9
从表2分析可知：高温存储后，三种隔膜内阻变化率在
29.9 %~34.3 %，且透气度大的，其内阻变化相对更大，电压变化
率＜1 %，电池膨胀率＜0.5 %，基本无变化；从容量保持率＞
98.56 %，容量恢复率＞100.5 %分析，透气度的增加，电池高温
储存性能有一定提升，这是由于隔膜透气度越大，Li+迁移相对更
缓慢，高温存储过程中，电池产生的副反应就更少，从而减少了
副反应的发生，高温储存后，其容量保持率及容量恢复率相对更
佳，因此可知，隔膜A优于隔膜B，隔膜C最差。
2.4 循环性能测试
将实验制备的电池在常温25 ℃，2.5~3.65 V，1 C/1 C下循环
曲线，电池循环1500周的循环曲线如下图3所示。
由图3可以看出，三种隔膜在1 C/1 C充放电循环过程中，
循环600周，较最高容量保持率时下降~4 %，容量保持率均值在
101 %~102 %，1200周循环后，隔膜A与隔膜B保持率在97 %，
隔膜C保持率出现较大的衰减，仅有84.5 %，而1500周以后，
隔膜B容量保持率为96.3 %，相比于隔膜A高~2 %。从循环结
果分析，在循环过程中，电池内部不断发生界面反应，导致材料
结构坍塌，隔膜孔隙堵塞等现象，从而产生极化现象，电池内阻
逐渐增大，造成电池容量的衰减，而透气度低的隔膜B，其Li+
在迁移过程中越简单，因此相同条件下，其循环效果更好，可一
定程度上提升电池的循环性能。
110.0%
105.0%
100.0%
95.0%
隔膜A
隔膜B
隔膜C
1C/1C常温循环
容
量
保
持
率
/%
90.0%
85.0%
80.0%
75.0%
70.0%
001500
图3 在25 ℃，2.5~3.65 V，1C/1C下循环曲线
Fig.3 Cyclic curve of 1C/1C 2.5~3.65 V at 25 ℃
(下转第25页)
循环周数
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综合单一填料填充结果，填料含量为45 %时已经可以满足
大部分加工和机械性能需要，导热系数也有了大幅提高，所以
确定填料含量为45 %，进行下一步的混合填充实验。
图6为混合填料比例对复合材料导热性能的影响，由图可
以看出随着硅微粉占比的降低，复合材料的导热性能有一个先
增加后减小的趋势，在三氧化二铝和硅微粉质量比为1∶1时达
到最大，为0.62 W/(m·K)，相比LDPE的0.37 W/(m·K)，有67 %
的提高。原因是不同填料用量比例合适时，使得不同填料之间
的协同发挥最大作用，更好构建导热通路。
混合填充时复合材料的其它性能如表1所示。从表1可以
看出在填料含量为45 %时，随着硅微粉比例的增加体系熔融指
数有小幅下降。与使用单一硅微粉填充时结果类似，硅微粉的
体积占比增大，易增大熔体的流动阻力，导致熔融指数减小。
在相同的填料含量下，混合填料的电击穿性能较单一填料
有一定提升，硅微粉与Al
2
O
3
质量比为3∶1时最大可以达到
36.69 kV/mm，但随着SiO
2
占比的增加，击穿性能有一定的下
降趋势，硅微粉与Al
2
O
3
质量比为1∶1时，复合材料击穿电压
为34.24 kV/mm。
对比力学性能数据，可以看出在硅微粉与Al
2
O
3
质量比为
1∶1时，复合材料的拉伸强度为12.9 MPa，缺口冲击强度达到
29.4 kJ/m
2
，力学性能较好。不同填料之间的协同作用使得集体
和填料之间的相互作用加大，从而提升了基体与填料的相容性，
一定程度上提高了复合材料的力学性能。
表1 混合填充时复合材料的其它性能
Tab.1 Other properties of composite materials during mixed filling
Al
2
O
3
∶SiO
2
3∶1
2∶1
1∶1
1∶2
1∶3
缺口冲击强度/(kJ/m
2
)
21.9
30.0
29.4
25.6
27.2
融熔指数/(g/10 min)
3.12
2.98
3.05
2.97
2.87
拉伸强度/MPa
12.8
12.7
12.9
12.6
12.8
击穿电压/(kV/mm)
36.69
35.64
34.24
33.86
34.67
3 结论
(1)硅微粉/LDPE复合材料相比Al
2
O
3
/LDPE复合材料热导
率更高，在60 %的填料用量时，二者达到最大分别为0.97
W/(m·K)和0.91 W/(m·K)。随着填料用量增加，复合材料力学性
能、电绝缘性能和熔融指数下降，硅微粉对复合材料的力学性
能和熔融指数影响显著。
(2)填料含量为45 %，硅微粉与Al
2
O
3
质量比为1∶1，复合
材料的综合性能良好。
参考文献
[1]Blythe T，Bloor D．Electrical Properties of Polymers[M]．London：
Cambridge University Press，2005：41-43．
[2]Vahedy V．Polymer insulated high voltage cables[J]．IEEE Electrical
Insulation Magazine，2006，22(3)：13-18．
[3]冯毅，李云翔，梁满兵．填充型导热塑料的热导率分析[J]．塑料工业，
2007，35(6)：250-251．
[4]李丽，王成国．导热塑料的研究与应用[J]．高分子通报，2007(07)：
25-31．
[5]李侃社，王琪．聚合物复合材料导热性能的研究[J]．高分子材料科学
与工程，2002(4)：10-15．
[6]张玉风，辛萌，苏明，等．高绝缘性良好导热性低密度聚乙烯电缆绝
缘材料的制备与性能[J]．青岛科技大学学报，2015，36(6)：655-659．
[7]王海侨，刘永荣，张帅，等．氧化铝纤维/HDPE复合材料的制备与力
学性能的研究[J]．塑料，2011，40(1)：90-93．
(本文文献格式：邱庚锐，滕贺，宋宝，等．导热绝缘聚乙烯电
缆料的制备与性能[J]．广东化工，2020，47(23)：23-25)
(上接第7页)
3 结论
实验采用LiFePO
4
作为正极材料，研究了不同锂离子电池
隔膜对材料电化学性能的影响，研究表明：常规隔膜A、隔膜
B和隔膜C在内阻相近的情况下，隔膜B在透气度上相比隔膜
A和隔膜C更小，因此在倍率性能上表现出更优的性能，2 C
以下，其倍率性能基本相当，2 C~4 C倍率下，其放电保持率相
差1 %~2 %；60 ℃-7天高温存储上，内阻变化率隔膜C＜隔膜
B＜隔膜A，电压变化率和膨胀率相当，容量保持率及恢复率，
隔膜A略优于隔膜B和C；循环1200周隔膜A和B保持率
~97 %，优于隔膜C，1500周后，隔膜B保持率比隔膜A高~2 %，
隔膜C循环最差。综上测试，隔膜B表现出最佳的电化学性能。
参考文献
[1]Luo Z J，Fan D D，Liu X L，et al．High performance silicon carbon
composite anode materials for lithium ion batteries[J]．Journal of Power
Sources，2009，189：16-21．
[2]Wu X L，Jiang L Y，Cao F F，et al．LiFePO
4
Nano particles Embedded
in a Nano-porous Carbon Matrix：Superior Cathode Material for
Electrochemical Energy-Storage Devices[J]．Advanced Materials，2009，
21：2710-2714．
[3]李恒，张丽鹏，于先进，等．锂离子电池正极材料的研究进展[J]．硅
酸盐通报，2012，31(6)：1486-1490．
[4]汤雁，刘攀，徐友龙，等．锂离子正极材料的研究现状与发展趋势[J]．电
子元件与材料，2014，33(8)：1-6．
[5]Padhi A K，Nanjundaswamy K S，Goodenough J B J．Electrochemical
Society，1997，144．
[6]Wang J，Yang J，Zhang Y，et al．Advanced Functional Materials，2013，
23，806．
[7]Malik R，Abdellahi A，Ceder G J．Electrochemical Society，2013，160．
[8]赵世玺，郭双桃，赵建伟，等．锂离子电池低温特性研究进展[J]．硅
酸盐学报，2016，44(1)：19-28．
[9]杨见青，关杰，梁波，等．我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究[J]．环
境工程，2017，35(2)：127-132．
[10]郭红霞，乔月纯，穆培振，等．锂离子电池正极材料研究与应用进
展[J]．无机盐工业，2016，48(3)：5-8．
[11]Gao L，Xu Z，Zhang S．The co-doping effects of Zr and Co on structure
and electrochemical properties of LiFePO
4
cathode materials[J]．Journal of
Alloys and Compounds，2018，739：529-535．
[12]孔令涌，黄少真，尚伟丽，等．LiFePO
4
/膨胀石墨复合材料的制备
及性能[J]．电子元件与材料，2016，35(1)：64-67．
[13]Liu H，Strobridge F C，Borkiewicz O J，et al．Science，2014，344．
[14]Wu L，Wang Z X，Li X H，et al．Transactions of Nonferrous Metals
Society of China[J]，2010，20(5)：814．
[15]陈鹏，任宁，姬学敏，等．涂层铝箔在石墨/磷酸铁锂电池中的应用
研究[J]．新能源进展，2017，5(2)：157-162．
[16]邓龙征，吴锋，杨智伟，等．涂层铝箔对磷酸铁锂电池性能影响研
究[J]．无机化学学报，2014，30(4)：770-779．
[17]闫金定．锂离子电池发展现状及其前景分析[J]．航空学报，2014，
35(10)：2767-2775．
[18]陈静娟．多孔无机膜的制备及其作为锂离子电池隔膜的研究[D]．广
州：华南理工大学，2013．
[19]Valadoula Deimede，Costas Elmasides．Separators for Lithium Ion
Batteries：A review on the Production Processes and recent Developments
[J]．Energy Technology，2015(5)：453-468．
(本文文献格式：王强，黄河，宋鹏元，等．隔膜对锂离子电池
性能的影响[J]．广东化工，2020，47(23)：6-7)