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電池知識

鋰離子電池對隔膜的要求有哪些?我國鋰離子電池隔膜技術到哪一步了?

來源:寶鄂實業(yè)    2019-05-04 20:30    點擊量:

全球范圍內的鋰離子電池隔膜的市場需求量呈逐年遞增的趨勢,隔膜出貨量從2009年的2.4億平米增至2014年的11.85億平米。日本旭化成、日本東燃化學以及美國Celgard(Celgard于2015年2月被濕法技術代表公司旭化成收購,干法生產線停產并新建立濕法生產線)是隔膜三巨頭,占據的全球市場份額曾高達77%。但隨著韓國和中國企業(yè)的崛起,三巨頭的份額在快速下滑,2014年占比56%左右。

 

我國鋰離子電池隔膜差距

 

 

鋰電池隔膜是四大材料中技術壁壘最高的部分,其成本占比僅次于正極材料,約為10%~14%,在一些高端電池中,隔膜成本占比甚至達到20%。

 

 

我國鋰離子電池隔膜在干法工藝上已經取得重大突破,目前已經具備國際一流的制造水平。但在濕法隔膜領域,國內隔膜企業(yè)受限于工藝、技術等多方面因素,產品水平還較低,生產設備主要依賴進口。我國的隔膜產品在厚度、強度、孔隙率一致性方面與國外產品有較大差距,產品批次一致性也有待提高。

鋰離子電池對隔膜的要求

 

鋰離子電池對隔膜的要求包括:

(1)具有電子絕緣性,保證正負極的機械隔離;

(2)有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導率,對鋰離子有很好的透過性;

(3)耐電解液腐蝕,有足夠的化學和電化學穩(wěn)定性,這是由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物;

(4)具有良好的電解液的浸潤性,并且吸液保濕能力強;

(5)力學穩(wěn)定性高,包括穿刺強度、拉伸強度等,但厚度盡可能?。?/span>

(6)空間穩(wěn)定性和平整性好;

(7)熱穩(wěn)定性和自動關斷保護性能好;

 

(8)受熱收縮率小,否則會引起短路,引發(fā)電池熱失控。除此之外,動力電池通常采用復合膜,對隔膜的要求更高。兩種鋰離子電池隔膜工藝核心技術

 

對于濕法工藝來說,樹脂與添加劑的擠出混合過程以及拉伸過程是該工藝的兩大核心問題。擠出過程要求物料混合效果好、塑化能力強、擠出過程穩(wěn)定,拉伸過程決定了分子鏈的取向以及制孔劑分布是否均勻。對于干法工藝來說,除了擠出混合過程外,熔融牽伸比以及熱處理都是核心過程。

目前,全球制造隔膜的廠家以濕法為主,濕法隔膜的價格較貴,未來濕法隔膜在動力電池中仍將走高端的市場路線,而中低端動力電池仍將以干法為主。

 

 

鋰離子電池隔膜的作用

 

 

 

隔膜是鋰離子電池的重要組成部分,它位于電池內部正負極之間,保證鋰離子通過的同時,阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性,性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

鋰離子電池隔膜工藝

 

目前,鋰離子電池隔膜制備方法主要有濕法和干法。濕法又稱相分離法或熱致相分離法,將液態(tài)烴或小分子物質與聚烯烴樹脂混合,加熱熔融后,形成均勻的混合物,然后降溫進行相分離,壓制得膜片,再將膜片加熱至接近熔點溫度,進行雙向拉伸使分子鏈取向,最后保溫一定時間,用易揮發(fā)物質洗脫殘留的溶劑,制備出相互貫通的微孔膜。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結晶性聚合物薄膜,經過結晶化處理、退火后,得到高度取向的多層結構,在高溫下進一步拉伸,將結晶面進行剝離,形成多孔結構,可以增加薄膜的孔徑。

 

 

 

濕法和干法各有優(yōu)缺點,其中,濕法工藝薄膜孔徑小而且均勻,薄膜更薄,但是投資大,工藝復雜,環(huán)境污染大;而干法工藝相對簡單,附加值高,環(huán)境友好,但孔徑和孔隙率難以控制,產品難以做薄。
 

鋰離子電池隔膜分類

 

根據物理、化學特性的差異,鋰電池隔膜可以分為:織造膜、非織造膜(無紡布)、微孔膜、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。雖然類型繁多,至今商品化鋰電池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜

  

 鋰離子電池對隔膜的要求

 

 

鋰離子電池對隔膜的要求包括:

(1)具有電子絕緣性,保證正負極的機械隔離;

(2)有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導率,對鋰離子有很好的透過性;

(3)耐電解液腐蝕,有足夠的化學和電化學穩(wěn)定性,這是由于電解質的溶劑為強極性的有機化合物;

(4)具有良好的電解液的浸潤性,并且吸液保濕能力強;

(5)力學穩(wěn)定性高,包括穿刺強度、拉伸強度等,但厚度盡可能?。?/span>

(6)空間穩(wěn)定性和平整性好;

(7)熱穩(wěn)定性和自動關斷保護性能好;

 

(8)受熱收縮率小,否則會引起短路,引發(fā)電池熱失控。除此之外,動力電池通常采用復合膜,對隔膜的要求更高。

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