鋰電池隔膜生產(chǎn)工藝分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-05 08:19
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鋰電池隔膜生產(chǎn)工藝復(fù)雜，鋰電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標(biāo)的難以兼顧決定了其生產(chǎn)工藝技術(shù)壁壘高、研發(fā)難度大。根據(jù)微孔成孔機(jī)理的區(qū)別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。
鋰電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標(biāo)的難以兼顧決定了其生產(chǎn)工藝技術(shù)壁壘高、研發(fā)難度大。隔膜生產(chǎn)工藝包括原材料配方和快速配方調(diào)整、微孔制備技術(shù)、成套設(shè)備自主設(shè)計(jì)等諸多工藝。其中，微孔制備技術(shù)是鋰電池隔膜制備工藝的核心，根據(jù)微孔成孔機(jī)理的區(qū)別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。
一、干法隔膜工藝
干法隔膜工藝是鋰電池隔膜制備過(guò)程中最常采用的方法，該工藝是將高分子聚合物、添加劑等原料混合形成均勻熔體，擠出時(shí)在拉伸應(yīng)力下形成片晶結(jié)構(gòu)，熱處理片晶結(jié)構(gòu)獲得硬彈性的聚合物薄膜，之后在一定的溫度下拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前干法工藝主要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。
干法單拉
干法單拉是使用流動(dòng)性好、分子量低的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）聚合物，利用硬彈性纖維的制造原理，先制備出高取向度、低結(jié)晶的聚烯烴鑄片，低溫拉伸形成銀紋等微缺陷后，采用高溫退火使缺陷拉開(kāi)，進(jìn)而獲得孔徑均一、單軸取向的微孔薄膜。
干法雙拉
據(jù)了解，干法雙拉工藝是中科院化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝，也是中國(guó)特有的隔膜制造工藝。由于PP的β晶型為六方晶系，單晶成核、晶片排列疏松，擁有沿徑向生長(zhǎng)成發(fā)散式束狀的片晶結(jié)構(gòu)的同時(shí)不具有完整的球晶結(jié)構(gòu)，在熱和應(yīng)力作用下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦又旅芎头€(wěn)定的α晶，在吸收大量沖擊能后將會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生孔洞。該工藝通過(guò)在PP中加入具有成核作用的β晶型改性劑，利用PP不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過(guò)程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔。
二、濕法隔膜工藝
濕法工藝是利用熱致相分離的原理，將增塑劑與聚烯烴樹(shù)脂混合，利用熔融混合物降溫過(guò)程中發(fā)生固-液相或液-液相分離的現(xiàn)象，壓制膜片，加熱至接近熔點(diǎn)溫度后拉伸使分子鏈取向一致，保溫一定時(shí)間后用易揮發(fā)溶劑將增塑劑從薄膜中萃取出來(lái)，進(jìn)而制得的相互貫通的亞微米尺寸微孔膜材料。
濕法工藝適合生產(chǎn)較薄的單層PE隔膜，是一種鋰電池隔膜產(chǎn)品厚度均勻性更好、理化性能及力學(xué)性能更好的制備工藝。根據(jù)拉伸時(shí)取向是否同時(shí)，濕法工藝也可以分為濕法雙向異步拉伸工藝以及雙向同步拉伸工藝兩種。
濕法同步拉伸工藝
濕法同步拉伸技術(shù)工藝流程與異步拉伸技術(shù)基本相同，只是拉伸時(shí)可在橫、縱兩個(gè)方向同時(shí)取向，免除了單獨(dú)進(jìn)行縱向拉伸的過(guò)程，增強(qiáng)了隔膜厚度均勻性。但同步拉伸存在的問(wèn)題第一是車(chē)速慢，第二是可調(diào)性略差，只有橫向拉伸比可調(diào)，縱向拉伸比則是固定的。
相比于干法隔膜，濕法隔膜在厚度均勻性、力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、抗穿刺強(qiáng)度）、透氣性能、理化性能（潤(rùn)濕性、化學(xué)穩(wěn)定性、安全性）等材料性質(zhì)方面均更為優(yōu)良，有利于電解液的吸液保液并改善鋰電池的充放電及循環(huán)能力，適合做高容量電池。從產(chǎn)品力的角度來(lái)說(shuō)濕法隔膜綜合性能強(qiáng)于干法隔膜。
