鋰離子電池隔膜的相關制備步驟及方法介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-08 21:59
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1， 干法:
干法工藝是指將高分子聚合物以及添加劑混合均勻后熔融擠出，并在拉伸應力下形成晶體結(jié)構(gòu)，熱處 理后獲得薄膜，然后在一定溫度下拉伸出狹縫狀微孔，熱定型后形成干法隔膜，目前主要的工藝包括 干法單拉和干法雙拉。
首先將聚合物及添加劑等原料配比預處理后輸送到擠出系統(tǒng)，然后將預處理的原料在擠出系統(tǒng)中經(jīng)熔 融塑化后從模頭擠出熔體，經(jīng)流延后形成特定結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基膜;將基膜經(jīng)熱處理后得到硬彈性薄膜， 再進行冷拉伸和熱拉伸后形成納米微孔膜，最后根據(jù)客戶的需求裁切為成品膜，整個流程相對比較簡 單，成本也低一些。
干法雙拉:
由于PP 的β晶型為六方晶系，單晶成核、晶片排列疏松，擁有沿徑向生長成發(fā)散式束狀的片晶結(jié)構(gòu)的 同時不具有完整的球晶結(jié)構(gòu)，在熱和應力作用下會轉(zhuǎn)變?yōu)楦又旅芎头€(wěn)定的α晶，在吸收大量沖擊能 后將會在材料內(nèi)部產(chǎn)生孔洞。該工藝通過在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，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔，其工藝流程和干法單拉大同小異，中間拉伸 過程分為橫向拉伸和縱向拉伸，性能會比單向拉伸隔膜好一些。
2，濕法:
生成永久鏈接
利用熱致相分離的原理，將增塑劑與聚烯烴樹脂混合，利用熔融混合物降溫過程中發(fā)生固-液相或液-液相分離的現(xiàn)象，壓制膜片，加熱至接近熔點溫度后拉伸使分子鏈取向一致，保溫一定時間后用易揮 發(fā)溶劑將增塑劑從薄膜中萃取出來，進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，是一種隔膜產(chǎn)品厚度均勻性更好、力學性能更好的制備工藝。根據(jù)拉伸時取向是否同 時，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。
濕法異步拉伸工藝流程為:投料、流延、縱向拉伸、橫向拉伸、萃取、定型、分切。
濕法同步拉伸技術工藝流程與異步拉伸技術基本相同，只是拉伸時可在橫、縱兩個方向同時取向，免 除了單獨進行縱向拉伸的過程，增強了隔膜厚度均勻性。
干法、濕法所制備的隔膜具有不同的特點，隔膜的過程檢測方法和手段已經(jīng)在之前的文章詳細講解 過，這里不在詳述，只對基本的性能進行比較。
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生成永久鏈接
3，陶瓷隔膜:
隨著鋰離子電池能量密度的提升，對隔膜的要求也越來越高，陶瓷隔膜應運而生，在基膜的表面利用 一系列的方法復合一層陶瓷層，可以提高隔膜的力學性能以及熱收縮性能。
陶瓷種類為氧化鋁、勃姆石，涂覆方法主要是凹版涂布，另外還有噴涂、浸入、狹縫涂布等技術，涂 覆的厚度也是越來越薄，根據(jù)電池種類的不同選擇不同種類的陶瓷隔膜。需要說明的是，盡管最終陶 瓷隔膜看起來是很簡單的一款產(chǎn)品，但陶瓷的選擇、粘結(jié)劑的選擇、陶瓷漿料的加工、涂覆一致性等 等都是一個需要積累的過程，也具有一定的技術含量，做好也并不容易。
4，無紡布隔膜:
一般采用靜電紡絲法制作，原理為將高分子流體靜電霧化，霧化分裂出的物質(zhì)不是微小液滴，而是聚 合物微小射流，可以運行相當長的距離，最終固化成纖維。
但其較高的成本以及目前電性能的不穩(wěn)定還是限制了無紡布隔膜的應用，有待進一步開發(fā)和研究。
小結(jié):
本文主要介紹了的鋰離子電池隔膜在工業(yè)上的生產(chǎn)方法，隨著動力電池能量密度的提升，隔膜也是越 來越薄，性能的要求也是越開越高，這就倒逼隔膜企業(yè)不斷的進行技術的創(chuàng)新，才能不被新能源行業(yè) 淘汰， 相信隨著科技的發(fā)展，越來越多的新型隔膜也將走進人們的視野。
(三)鋰離子電池電解液的相關制備方法
作為鋰離子電池的“血液”——電解液，它承擔著傳導鋰離子的重任，是鋰離子電池獲得高能量密度、低阻抗 的關鍵;本系列就從電解液的制作過程入手，開始逐步的展開，為大家介紹四大主材的制作過程。
1,溶劑的制備:
EC、DEC、PC、DMC等環(huán)狀或者鏈狀的酯類，下面以EC為例簡單的介紹一下溶劑的制作過程。
最早制備EC的方法是采用乙二醇以及光氣反應，但是此工藝流程廠，收率低以及成本告，污染嚴 重，已經(jīng)被淘汰了。
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酯交換法反應制備EC，反應速度提高，產(chǎn)率也有所提高。
鹵代醇法、乙烯與二氧化碳合成法都具有反應復雜、工藝繁瑣等問題。
尿素醇解法:由于反應簡單，原材料價格便宜，未反應的乙二醇可循環(huán)利用，經(jīng)濟性明顯，具有很好的發(fā)展 前景。
其他的化工原料制備方法與之類似，在此不在詳述。
2,提純:
對于使用的有機原料分別采取提純處理已達到鋰離子電池電解液使用的標準，在此，需要檢驗的項目 有純度、水含量以及主含量等等。
3,LiPF6:
目前主要有四種方法制備，分別是氣-固相法、氟化氫溶劑法、有機溶劑法和離子交換法。
氣-固相法產(chǎn)品純度高，但原材料成本高，工序過多，連續(xù)生產(chǎn)困難。
有 機 溶 劑 法 避 免 了 HF 的 產(chǎn) 生 ， 操 作 相 對 安 全 ， 但 PF5 仍 需 制 備 ， 具 有 較 強 的 腐 蝕 性 。
離子交換法避免了使用PF6作為原料的缺點，但是使用的醇基鋰和氨會發(fā)生反應，原材料價格較貴， 難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
對于最終的使用的LiPF6，還需要精制，已達到電解液的純度要求。
4,由于電解液的敏感性，所以對包裝桶也需要經(jīng)過預處理、水洗、氬氣置換等工序，保證其的干燥和沒有 雜質(zhì)。
氟化氫溶劑法反應速度快，效率高，但是有HF產(chǎn)生，對反應容器的耐腐蝕性有很高的要求。
近年來，新能源汽車在市場及政策的雙重支持下發(fā)展勢態(tài)良好，動力電池作為新能源汽車的核心部 件，也隨之飛速發(fā)展。2018年前4月，我國動力電池裝機量累計達8.08GWh，同比增長253.66%。 鋰離子電池是新能源汽車目前使用最普遍的動力電池，它主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液 等構(gòu)成。正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例，并且其性能直接影響了鋰電池的各項性 能指標，所以正極材料在鋰電池中占據(jù)核心地位。正極材料的性能和價格等是制約鋰離子電池進一步 向高能量、長壽命和低成本發(fā)展的瓶頸，發(fā)展高能鋰離子電池的關鍵技術之一是正極材料的開發(fā)。
5,下一代電解液展望
1)3C領域，由于手機、平板以及可穿戴設備的發(fā)展，小電池電解液強調(diào)高能量密度，向高電壓發(fā)展;
2)大型領域，需要兼顧電導率、高低溫、低成本以及長壽命的要求;
3)其他方面，由于能量密度的提升，要求負極材料的高壓實，因此電解液的浸潤性、成膜穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn) 定性都需要深入考慮;隨著硅材料的廣泛使用，相關適用于硅體系的電解液也逐漸成文研究的熱點;基于安 全的考慮，阻燃添加劑、高電壓下正負極表面保護添加劑以及復合功能添加劑成文研究的熱點。
小結(jié):本文主要介紹了的電解液在工業(yè)上的生產(chǎn)方法，以及一些原材料的合成方法，需要說明的是，雖然電 解液的制作過程看起來相對比較簡單，但其中對環(huán)境、溫濕度、雜質(zhì)的控制是有嚴格要求的，在實際生產(chǎn)中 往往有這種情況的發(fā)生，幾個電解液的成分是完全一樣的，但是電性能卻差的很遠，究其原因，很大一部分 原因就是原材料純度不純或者電解液中含有一定量的雜質(zhì)，所以在實際生產(chǎn)中，一定要生產(chǎn)過程中的環(huán)境控 制。
