背景
锂离子电池作为现代电子设备和电动汽车的主要能源存储设备，其性能受到多种因素的影响，其中温度是一个关键的环境变量。隔膜作为锂离子电池中的关键组件，其主要功能是隔离正负极以防止短路，同时允许锂离子在电解液中自由传输，隔膜的离子电导率直接影响电池的充放电性能和整体效率。研究表明，温度的变化会显著影响隔膜的微观结构和电解液的离子传输特性，进而影响隔膜的离子电导率。随着温度的升高，电解液的粘度降低，离子迁移速率加快，从而提高隔膜的离子电导率。然而，过高的温度可能导致隔膜材料的软化或熔化，破坏其多孔结构，进而降低离子传输效率。相反，低温下电解液的粘度增加，离子迁移速率减慢，导致隔膜的离子电导率下降。因此，研究温度对隔膜离子电导率的影响对于优化锂离子电池的性能和安全性具有重要意义。
本文通过测试隔膜在不同温度下的离子电导率变化，探讨温度对隔膜离子电导率的影响规律。
一、测试条件&方法
1.1 测试设备
采用元能科技自研的多通道离子电导率测试系统（EIC2400M-T，IEST）如图1所示，该设备包含4个测试通道，可提供高纯氩氛围，实现多通道对称电池的电化学阻抗谱测试。压力范围10~50Kg，频率范围100KHz~0.01Hz。
图1. 多通道离子电导率测试系统
1.2 测试样品
隔膜A
1.3 测试流程&隔膜离子电导率计算方法：
将隔膜按照1层，2层，3层，4层放到对应的4个通道中——>关闭设备仓门，对内腔进行抽真空-充高纯氩气，除去内腔中的水分——>对各通道进行定量注液——>达到浸润时间后，自动测试EIS——>最后通过软件的拟合、计算得到隔膜的离子电导率。隔膜离子电导率的计算方法如下所示：以每层隔膜的EIS为基线进行拟合，拟合线与X轴交点为Rs，则为n层隔膜的阻抗Rs（n），如图2（a）所示。将层数为X轴，每层的阻抗值为Y轴做线性拟合，所得到的线性拟合方程的斜率即为单层隔膜的离子阻抗R，如图2(b)所示。
图2. 不同隔膜层数的EIS阻抗谱（a）；R值拟合图（b）
将得到的离子阻抗R代入公式1计算可得到隔膜离子电导率。
σ=d /( R * S) （1）
其中，σ为离子电导率，d为隔膜厚度，R为离子电阻，S为隔膜反应面积。
二、结果分析
图3. 隔膜在不同温度下的电化学阻抗谱
表1. 隔膜A在不同温度下的离子电阻值和离子电导率值
图4. 隔膜离子电导率和温度的关系图
图3为隔膜在不同温度下测得的EIS阻抗谱，以得到的EIS为基线进行线性拟合，记录拟合线与X轴的交点值，如表1所示，可以得到1~4层隔膜的阻抗值R1，R2，R3，R4。以层数为X轴，R1，R2，R3，R4为Y轴做线性拟合得到隔膜离子电阻，再将离子电阻代入公式计算得到离子电导率，结果列于表1。从图4的趋势图可以看出随着温度的升高，隔膜的离子电导率明显增加。
电解液的粘度是影响离子电导率的关键因素之一。根据Stokes-Einstein方程，离子的迁移速率与电解液的粘度成反比。因此，当温度升高时，电解液的粘度降低，锂离子的迁移速率加快，导致隔膜的离子电导率增加。从表1中的数据可以看出，随着温度从25°C升高到70°C，隔膜的离子电导率从0.7691mS/cm增加到1.8336 mS/cm。除了电解液粘度的变化，温度也影响隔膜的微观结构。隔膜的多孔结构是锂离子传输的主要通道。随着温度的升高，隔膜材料的分子运动加剧，可能导致隔膜的孔径扩大或孔隙率增加，从而进一步促进离子的传输。然而，过高的温度可能导致隔膜材料的软化或熔化，破坏其多孔结构，进而降低离子传输效率。隔膜A在高温下表现出较高的离子电导率，表明其材料在高温下仍能保持较好的结构稳定性。
三、总结
本文通过实验测试了隔膜在不同温度下的离子电导率变化，发现温度对隔膜离子电导率有显著影响。随着温度的升高，隔膜的离子电导率呈现上升趋势，但不同隔膜的离子电导率随温度变化的速率有所不同。隔膜A在高温下表现出较高的离子电导率，表明其材料在高温下仍能保持较好的结构稳定性。温度对隔膜离子电导率的影响不仅与隔膜材料的微观结构有关，还与电解液的粘度变化密切相关。因此，全面深入了解温度对隔膜微观结构和电解液性能的影响，对于优化锂离子电池的性能和安全性具有重要意义。通过合理选择隔膜材料和电解液，可以有效提高锂离子电池在宽温度范围内的性能，延长电池的使用寿命。
产品咨询&定制服务
元能科技是一家专注于锂离子电池检测仪器研发与生产的高新技术企业，致力于为全球新能源领域提供领先的检测解决方案与服务。
元能科技注重前沿技术研发，拥有材料、物理、化学、电化学、光学、机械、电子、计算机、人工智能等多学科多专业交叉的研发团队，围绕表征方法、设备技术、应用方案等开展自主研发，推出多款行业领先的新型仪器，获得了多项发明专利及实用新型专利，服务于全球众多材料企业、电芯企业、终端企业、科研院所、高校及政府检测单位。同时，元能科技积极推动建立行业上下游规范统一的检测方法，主导或参与制定多项国家标准、行业标准及团体标准，参与国家重点研发计划，助力新能源行业的创新与发展！
