電池隔膜有哪些需要解決的問(wèn)題？如何提升鋰離子的流通率？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-27 14:12
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隔膜作為鋰電池的四大主材之一，有非常重要的作用。其成本也占據(jù)了整個(gè)電芯的約10%。隔膜的制作工藝主要可以分為濕法見(jiàn)圖1，干法見(jiàn)圖2兩種。其中濕法工藝和干法工藝比約為8:2。隨著鋰電池的產(chǎn)能的快速提升，隔膜廠家紛紛擴(kuò)產(chǎn)建立新的生產(chǎn)基地，其中隔膜的龍頭如恩捷，星原材質(zhì)和滄州明珠等企業(yè)擲金數(shù)十億打造區(qū)域性生產(chǎn)基地，搶占隔膜市場(chǎng)。
近日，由位于韓國(guó)大田的電子通信研究院在科學(xué)雜志上發(fā)表了氧化石墨烯在鋰電池隔膜上的改性應(yīng)用對(duì)隔膜的研究很有啟發(fā)意義。韓國(guó)電子研究院是1976年成立的非盈利性機(jī)構(gòu)，他們?cè)谛酒?jì)算機(jī)和數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)等高端技術(shù)領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟。
文章采用一種很經(jīng)濟(jì)的操作步驟，解決了水性漿料和隔膜間親和難的問(wèn)題，為極性漿料的應(yīng)用提供了非常好的指導(dǎo)。
隔膜是一種多孔性結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜，用在鋰電池中要求其具有高的熱穩(wěn)定性，高的離子通過(guò)率，預(yù)防鋰枝晶和優(yōu)異的阻燃性能等。單純的隔膜很難同時(shí)具備這些性能，目前改進(jìn)隔膜的常用方法是在隔膜的表面添加復(fù)合材料，如陶瓷隔膜。隔膜復(fù)合的方法很多，有浸涂式，靜電紡絲式，涂布式和相轉(zhuǎn)化式等，各種方法應(yīng)用場(chǎng)景不同，成本也有差異，其中涂布式成本較低。而隔膜的添加劑也因功能要求不同而不同，一般常見(jiàn)的功能性隔膜為碳涂層式，金屬氧化物式或兩種復(fù)合式等來(lái)增強(qiáng)隔膜的使用強(qiáng)度。
傳統(tǒng)隔膜的是有PE，PP或兩種混合物組成，表面為疏水性介質(zhì)。現(xiàn)在常用的NMP微極性溶劑能夠親和隔膜，但是NMP具有一定的污染性和高成本，這在鋰電池激烈的價(jià)格戰(zhàn)中不相宜的，另外功能性納米材料也很少能添加到極性材料中。
文章巧妙的采用二次涂覆法，一次是把傳統(tǒng)隔膜浸泡在氧化石墨烯溶液中，第二次是涂覆氧化石墨烯和二氧化硅混合組分。第一次涂覆為第二次涂覆提供了親水的環(huán)境，從而完成了隔膜的表面特性的轉(zhuǎn)化。
實(shí)驗(yàn)采用的石墨烯是Hummers法制備的。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的氧化石墨烯溶液，溶劑采用體積比為20/1的異丙醇水溶液。在涂覆前，超聲分散30分鐘。把傳統(tǒng)隔膜浸泡在溶液中15到30秒，室溫下晾干。氧化石墨烯和二氧化硅混合溶液是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氧化石墨烯水溶液，其他組分采用GO：SiO2：CMC=100:3:0.08的質(zhì)量比加入，用刮刀涂覆，真空60℃烘干。隔膜制作完成后制作成扣電測(cè)試其性能，扣電正極是鈷酸鋰，負(fù)極采用鋰金屬。還對(duì)隔膜表面形態(tài)，接觸角，離子導(dǎo)電性和電化學(xué)性能進(jìn)行了比較。
聚烯烴類隔膜的疏水性主要是材料本身的表面疏水性和其多孔結(jié)構(gòu)造成的。隔膜表面的雜亂無(wú)章的纖維結(jié)構(gòu)對(duì)疏水性也有貢獻(xiàn)。水和隔膜表面的聚乙烯分子之間接觸角較大見(jiàn)圖6，符合Cassie-Baxter模型，所以對(duì)于水性漿料來(lái)說(shuō)，很難在隔膜表面均勻潤(rùn)濕。
近日，由位于韓國(guó)大田的電子通信研究院在科學(xué)雜志上發(fā)表了氧化石墨烯在鋰電池隔膜上的改性應(yīng)用對(duì)隔膜的研究很有啟發(fā)意義。韓國(guó)電子研究院是1976年成立的非盈利性機(jī)構(gòu)，他們?cè)谛酒?jì)算機(jī)和數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)等高端技術(shù)領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟。
文章采用一種很經(jīng)濟(jì)的操作步驟，解決了水性漿料和隔膜間親和難的問(wèn)題，為極性漿料的應(yīng)用提供了非常好的指導(dǎo)。
隔膜是一種多孔性結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜，用在鋰電池中要求其具有高的熱穩(wěn)定性，高的離子通過(guò)率，預(yù)防鋰枝晶和優(yōu)異的阻燃性能等。單純的隔膜很難同時(shí)具備這些性能，目前改進(jìn)隔膜的常用方法是在隔膜的表面添加復(fù)合材料，如陶瓷隔膜。隔膜復(fù)合的方法很多，有浸涂式，靜電紡絲式，涂布式和相轉(zhuǎn)化式等，各種方法應(yīng)用場(chǎng)景不同，成本也有差異，其中涂布式成本較低。而隔膜的添加劑也因功能要求不同而不同，一般常見(jiàn)的功能性隔膜為碳涂層式，金屬氧化物式或兩種復(fù)合式等來(lái)增強(qiáng)隔膜的使用強(qiáng)度。
傳統(tǒng)隔膜的是有PE，PP或兩種混合物組成，表面為疏水性介質(zhì)。現(xiàn)在常用的NMP微極性溶劑能夠親和隔膜，但是NMP具有一定的污染性和高成本，這在鋰電池激烈的價(jià)格戰(zhàn)中不相宜的，另外功能性納米材料也很少能添加到極性材料中。
文章巧妙的采用二次涂覆法，一次是把傳統(tǒng)隔膜浸泡在氧化石墨烯溶液中，第二次是涂覆氧化石墨烯和二氧化硅混合組分。第一次涂覆為第二次涂覆提供了親水的環(huán)境，從而完成了隔膜的表面特性的轉(zhuǎn)化。
實(shí)驗(yàn)采用的石墨烯是Hummers法制備的。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的氧化石墨烯溶液，溶劑采用體積比為20/1的異丙醇水溶液。在涂覆前，超聲分散30分鐘。把傳統(tǒng)隔膜浸泡在溶液中15到30秒，室溫下晾干。氧化石墨烯和二氧化硅混合溶液是采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的氧化石墨烯水溶液，其他組分采用GO：SiO2：CMC=100:3:0.08的質(zhì)量比加入，用刮刀涂覆，真空60℃烘干。隔膜制作完成后制作成扣電測(cè)試其性能，扣電正極是鈷酸鋰，負(fù)極采用鋰金屬。還對(duì)隔膜表面形態(tài)，接觸角，離子導(dǎo)電性和電化學(xué)性能進(jìn)行了比較。
聚烯烴類隔膜的疏水性主要是材料本身的表面疏水性和其多孔結(jié)構(gòu)造成的。隔膜表面的雜亂無(wú)章的纖維結(jié)構(gòu)對(duì)疏水性也有貢獻(xiàn)。水和隔膜表面的聚乙烯分子之間接觸角較大見(jiàn)圖6，符合Cassie-Baxter模型，所以對(duì)于水性漿料來(lái)說(shuō)，很難在隔膜表面均勻潤(rùn)濕。
