新型鋰電池隔膜材料與隔膜發(fā)展趨勢(shì)分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-09 10:42
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鐵鋰電池隔膜材料發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)鐵鋰電池隔膜企業(yè)起步較晚，但專利成果產(chǎn)出多于大專院校或科研院所。鋰電池隔膜材料種類將朝著多元化的方向發(fā)展，不僅僅局限于聚乙烯和聚丙烯類。隔膜結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控正在研發(fā)中，但目前要克服生產(chǎn)率低，成本高的劣勢(shì)。未來(lái)隔膜材料復(fù)合化也是性能提升的重要手段。
隔膜材料種類多元化、復(fù)合化和結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控是發(fā)展趨勢(shì)
通過(guò)專利統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的鋰電池隔膜材料多為聚乙烯和聚丙烯類，但是一些性能更加優(yōu)異的聚合物材料也逐漸在實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)出來(lái)，如偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亞胺(PI)、芳綸和纖維素等，隔膜材料的種類會(huì)朝著多元化的方向發(fā)展。
目前的研究工作已經(jīng)聚焦在靜電紡絲法，其特點(diǎn)是改變紡絲條件可對(duì)隔膜的形貌和孔隙率進(jìn)行調(diào)控，從而獲得更小的孔尺寸、更高的孔隙率和內(nèi)部互通的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，這都有利于提高離子遷移率?？墒谴朔椒ǖ娜秉c(diǎn)是生產(chǎn)效率低，成本高。但針對(duì)鋰電池隔膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控還會(huì)不斷優(yōu)化進(jìn)步。
另外，復(fù)合化也是鐵鋰電池隔膜材料性能提升的一個(gè)重要手段，單一的隔膜材料可能熱穩(wěn)定性差，機(jī)械強(qiáng)度不高，但是通過(guò)多層復(fù)合或添加無(wú)機(jī)顆粒都能改善這些性能的不足，還可以針對(duì)隔膜材料表面改性提高吸液率，降低內(nèi)阻。
新型鋰電池隔膜材料有哪些?
材料一：PMIA
PMIA是一種芳香族聚酰胺，在其骨架上有元苯酰胺型支鏈，具有高達(dá)400℃的熱阻，由于其阻燃性能高，應(yīng)用此材料的隔膜能提高鋰電池的安全性能。此外，由于羰基基團(tuán)的極性相對(duì)較高，使得隔膜在電解液中具有較高的潤(rùn)濕性，從而提高了隔膜的電化學(xué)性質(zhì)。使其具備商業(yè)化的前景。
材料二：PET
聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)是一種機(jī)械性能、熱力學(xué)性能、電絕緣性能均優(yōu)異的材料。PET類隔膜最具代表性的產(chǎn)品是德國(guó)Degussa公司開(kāi)發(fā)的以PET隔膜為基底，陶瓷顆粒涂覆的復(fù)合膜，其表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能，閉孔溫度高達(dá)220℃。
靜電紡絲PET隔膜熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于PE膜，為255℃，最大拉伸強(qiáng)度為12Mpa，孔隙率達(dá)到89%，吸液率達(dá)到500%，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的Celgard隔膜，離子電導(dǎo)率達(dá)到2.27×10-3Scm-1，且循環(huán)性能也較Celgard隔膜優(yōu)異，電池循環(huán)50圈后PET隔膜多孔纖維結(jié)構(gòu)依然保持穩(wěn)定。
材料三：PBO
新型高分子材料PBO是一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、阻燃性的有機(jī)纖維。其基體是一種線性鏈狀結(jié)構(gòu)聚合物，在650℃以下不分解，具有超高強(qiáng)度和模量，是理想的耐熱和耐沖擊纖維材料。
由于PBO纖維表面極為光滑，物理化學(xué)惰性極強(qiáng)，因此纖維形貌較難改變。PBO纖維只溶于100%的濃硫酸、甲基磺酸、氟磺酸等，經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸刻蝕后的PBO纖維上的原纖會(huì)從主干上剝離脫落的，形成分絲形貌，提高了比表面積和界面粘結(jié)強(qiáng)度。
材料四：PI
聚酰亞胺(PI)同樣是綜合性能良好的聚合物之一，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較高的孔隙率，和較好的耐高溫性能，可以在-200~300℃下長(zhǎng)期使用。由于PI極性強(qiáng)，對(duì)電解液潤(rùn)濕性好，所制造的隔膜表現(xiàn)出極佳的吸液率。靜電紡絲制造的PI隔膜相比于Celgard隔膜具有較低的阻抗和較高的倍率性能，0.2C充放電100圈后容量保持率依然為100%。
