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背景

鋰離子電池作為現代電子設備和電動汽車的主要能源存儲設備，其性能受到多種因素的影響，其中溫度是一個關鍵的環境變量。隔膜作為鋰離子電池中的關鍵組件，其主要功能是隔離正負極以防止短路，同時允許鋰離子在電解液中自由傳輸，隔膜的離子電導率直接影響電池的充放電性能和整體效率。研究表明，溫度的變化會顯著影響隔膜的微觀結構和電解液的離子傳輸特性，進而影響隔膜的離子電導率。隨著溫度的升高，電解液的粘度降低，離子遷移速率加快，從而提高隔膜的離子電導率。然而，過高的溫度可能導致隔膜材料的軟化或熔化，破壞其多孔結構，進而降低離子傳輸效率。相反，低溫下電解液的粘度增加，離子遷移速率減慢，導致隔膜的離子電導率下降。因此，研究溫度對隔膜離子電導率的影響對于優化鋰離子電池的性能和安全性具有重要意義。

本文通過測試隔膜在不同溫度下的離子電導率變化，探討溫度對隔膜離子電導率的影響規律。 

一、測試條件&方法

1.1 測試設備

采用元能科技自研的多通道離子電導率測試系統（EIC2400M-T，IEST）如圖1所示，該設備包含4個測試通道，可提供高純氬氛圍，實現多通道對稱電池的電化學阻抗譜測試。壓力范圍10~50Kg，頻率范圍100KHz~0.01Hz。

圖1. 多通道離子電導率測試系統

1.2 測試樣品

隔膜A

1.3 測試流程&隔膜離子電導率計算方法：

將隔膜按照1層，2層，3層，4層放到對應的4個通道中——>關閉設備倉門，對內腔進行抽真空-充高純氬氣，除去內腔中的水分——>對各通道進行定量注液——>達到浸潤時間后，自動測試EIS——>最后通過軟件的擬合、計算得到隔膜的離子電導率。隔膜離子電導率的計算方法如下所示：以每層隔膜的EIS為基線進行擬合，擬合線與X軸交點為Rs，則為n層隔膜的阻抗Rs（n），如圖2（a）所示。將層數為X軸，每層的阻抗值為Y軸做線性擬合，所得到的線性擬合方程的斜率即為單層隔膜的離子阻抗R，如圖2(b)所示。

圖2. 不同隔膜層數的EIS阻抗譜（a）；R值擬合圖（b）

將得到的離子阻抗R代入公式1計算可得到隔膜離子電導率。

σ=d /( R * S)     （1）

其中，σ為離子電導率，d為隔膜厚度，R為離子電阻，S為隔膜反應面積。

二、結果分析

圖3. 隔膜在不同溫度下的電化學阻抗譜

表1. 隔膜A在不同溫度下的離子電阻值和離子電導率值

圖4. 隔膜離子電導率和溫度的關系圖

圖3為隔膜在不同溫度下測得的EIS阻抗譜，以得到的EIS為基線進行線性擬合，記錄擬合線與X軸的交點值，如表1所示，可以得到1~4層隔膜的阻抗值R1，R2，R3，R4。以層數為X軸，R1，R2，R3，R4為Y軸做線性擬合得到隔膜離子電阻，再將離子電阻代入公式計算得到離子電導率，結果列于表1。從圖4的趨勢圖可以看出隨著溫度的升高，隔膜的離子電導率明顯增加。

電解液的粘度是影響離子電導率的關鍵因素之一。根據Stokes-Einstein方程，離子的遷移速率與電解液的粘度成反比。因此，當溫度升高時，電解液的粘度降低，鋰離子的遷移速率加快，導致隔膜的離子電導率增加。從表1中的數據可以看出，隨著溫度從25°C升高到70°C，隔膜的離子電導率從0.7691mS/cm增加到1.8336 mS/cm。除了電解液粘度的變化，溫度也影響隔膜的微觀結構。隔膜的多孔結構是鋰離子傳輸的主要通道。隨著溫度的升高，隔膜材料的分子運動加劇，可能導致隔膜的孔徑擴大或孔隙率增加，從而進一步促進離子的傳輸。然而，過高的溫度可能導致隔膜材料的軟化或熔化，破壞其多孔結構，進而降低離子傳輸效率。隔膜A在高溫下表現出較高的離子電導率，表明其材料在高溫下仍能保持較好的結構穩定性。

三、總結

本文通過實驗測試了隔膜在不同溫度下的離子電導率變化，發現溫度對隔膜離子電導率有顯著影響。隨著溫度的升高，隔膜的離子電導率呈現上升趨勢，但不同隔膜的離子電導率隨溫度變化的速率有所不同。隔膜A在高溫下表現出較高的離子電導率，表明其材料在高溫下仍能保持較好的結構穩定性。溫度對隔膜離子電導率的影響不僅與隔膜材料的微觀結構有關，還與電解液的粘度變化密切相關。因此，全面深入了解溫度對隔膜微觀結構和電解液性能的影響，對于優化鋰離子電池的性能和安全性具有重要意義。通過合理選擇隔膜材料和電解液，可以有效提高鋰離子電池在寬溫度范圍內的性能，延長電池的使用壽命。

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