現(xiàn)在有的這些能耐高溫的隔膜，有PET無紡布、PI和芳綸等，PET無紡布熱收縮測(cè)試可以看出200℃半個(gè)小時(shí)的熱收縮還是非常小的。右下角這個(gè)是我們做的PI靜電紡絲隔膜200℃30分鐘熱收縮的測(cè)試，改善非常明顯。這幾種特種耐高溫隔膜都存在比較大的問題：1是早上趙老師講的厚度做不薄，2是強(qiáng)度非常低，尤其是拉伸強(qiáng)度肯定無法滿足我們電池大規(guī)模生產(chǎn)當(dāng)中對(duì)高速卷繞的要求，肯定很容易斷帶。再一個(gè)是穿刺強(qiáng)度比較低，如果稍微有一點(diǎn)毛刺也會(huì)引起短路。第3個(gè)是孔徑問題，孔比較大，如果現(xiàn)場(chǎng)控制不是特別嚴(yán)格的話，毛刺和粉塵可能會(huì)引起短路。這些問題可以通過雙面涂覆陶瓷和與PP/PE復(fù)合等來改善強(qiáng)度，第4個(gè)問題是價(jià)格，特種耐高溫隔膜價(jià)格昂貴，對(duì)于成本要求很低的動(dòng)力電池?zé)o法接受。我個(gè)人認(rèn)為這種隔膜在短時(shí)間內(nèi)還很難有大規(guī)模應(yīng)用的可能性。

那么有沒有在這種常規(guī)PE隔膜上做改進(jìn)的可能性呢？早上趙老師講了通過多巴胺復(fù)合粘結(jié)劑制做耐高溫隔膜，我們基于這個(gè)思路在做這方面的工作。我們根據(jù)電池安全測(cè)試的要求，再加上實(shí)驗(yàn)的積累，提出了常規(guī)的PE耐高溫隔膜技術(shù)要求。

 

隔膜在200℃30min加熱后保持完整，不破膜，要模擬隔膜在電池里面的情況，因?yàn)?a href="http://www.pdszhhs.com">電池里面隔膜繃得很緊，所以要有專門的夾具把四周固定起來，保證隔膜不破膜。這個(gè)技術(shù)要求對(duì)隔膜的韌性和剛性都提出要求，剛性保證不收縮，韌性保證不破膜。最后一個(gè)是隔膜穿刺強(qiáng)度的要求，比如說200℃加熱完之后需要有一定的耐穿刺強(qiáng)度，否則很容易引起短路。

第二個(gè)問題是基于電池的循環(huán)性能方面考慮的，電池不僅要求高能量密度，而且要求長(zhǎng)循環(huán)壽命。高能量密度電池正負(fù)極材料尤其是負(fù)極壓實(shí)密度特別大，而且電芯卷繞張力很大，所以極片內(nèi)應(yīng)力很大，循環(huán)膨脹導(dǎo)致極片MD和TD方向變形嚴(yán)重。

 

左上角是常規(guī)的PE陶瓷隔膜，我們看到電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常疏松。因?yàn)闆]有一個(gè)力來束縛著極片不讓它變形，所以會(huì)出現(xiàn)下面的褶皺，這樣就產(chǎn)生一個(gè)界面差異，就會(huì)形成電池的循環(huán)跳水。右邊這個(gè)是我們采用黏性隔膜來做的電芯，這個(gè)硬度非常高，循環(huán)之后我們拆開電池，看到極片的平整度還是比較好。因?yàn)檎承愿裟な窃诟裟さ膬擅嫱扛舱承酝繉?，電芯熱壓后把正?fù)極和隔膜緊緊粘在一起，產(chǎn)生很強(qiáng)的抑制力防止極片變形?，F(xiàn)在這種黏性隔膜有三種做法，一個(gè)是凹版混涂，將PVDF和陶瓷進(jìn)行混合一次制漿，凹版一次涂布在隔膜一個(gè)面上。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，因?yàn)楣に嚭吞沾筛裟ね扛不旧鲜且粯拥?。但這里有一個(gè)比較大的問題，因?yàn)殡娦驹趬旱臅r(shí)候PVDF周圍是氧化鋁，氧化鋁非常硬，對(duì)PVDF的壓力并不是很大，而且接觸面積會(huì)比較小，所以附著力不會(huì)很高。這種粘性隔膜只適合于軟包，軟包電池后期化成定容時(shí)會(huì)有一個(gè)熱板夾起來，在充放電過程中PVDF會(huì)溶脹，利用這個(gè)力會(huì)使極片和隔膜粘得更牢一點(diǎn)。

第二種是表面的凹版涂膠，我們利用了PVDF在水里分散比較差的特點(diǎn)，把它制備成像一個(gè)球一個(gè)球的PVDF團(tuán)聚體，而不是一個(gè)一個(gè)分散的PVDF顆粒，不讓它形成連續(xù)的滿覆蓋，這和氧化鋁涂布正好相反。

 

圖片中這個(gè)白色的就是PVDF的顆粒，同時(shí)可以通過調(diào)整PVDF和膠的比例，還有固含量來調(diào)整覆蓋率。相對(duì)PVDF整個(gè)滿覆蓋的隔膜，這種島狀分布PVDF中間是完全漏涂的情況，不會(huì)影響隔膜的透氣。因?yàn)樗幸欢ǖ暮穸?，壓的時(shí)候和極片形成機(jī)械的力在里面，和正負(fù)極片的接觸面積大一點(diǎn)，所以黏附力度比較高。因?yàn)槭窃谔沾筛裟ぶ笤偻恳粚覲VDF，工序相當(dāng)于是三道，工藝比較復(fù)雜，所以成本相對(duì)比較高一點(diǎn)。

 

第三個(gè)就是以CATL為代表的點(diǎn)狀噴涂，把PVDF做成一個(gè)較大的島，厚度相對(duì)大一點(diǎn)，把正負(fù)極片和隔膜通過粘結(jié)和機(jī)械鉚接的方式粘在一塊。這種噴涂方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)電池的電性能沒有太大的影響，缺點(diǎn)就是成本比較高。因?yàn)槭窃谕客晏沾芍笫褂眯碌男D(zhuǎn)噴涂設(shè)備再來做這個(gè)涂層，一個(gè)是設(shè)備的投入，另外一個(gè)是漿料的利用率，所以造成成本相對(duì)會(huì)比較高一點(diǎn)。這個(gè)是我們做的表面凹版涂布和點(diǎn)狀噴涂隔膜電池性能對(duì)比，在2C和3C放電基本上沒有什么差別的。但是我們做到8C18秒放電的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀噴涂直流內(nèi)阻還是比較小一點(diǎn)的。根據(jù)我們電池不同的應(yīng)用需求，如果極片膨脹不是那么大，我只需要稍微一點(diǎn)力粘住就可以了，就可以使用混涂的方式。如果需要比較大的粘結(jié)力，可以選擇表面凹版涂布。如果對(duì)電性能要求比較高可以選擇點(diǎn)狀噴涂。根據(jù)我們?cè)u(píng)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)列出了一些粘性隔膜的技術(shù)要求，一個(gè)是厚度的均勻性。因?yàn)榛旌贤坎己捅砻姘及嫱坎伎刂剖窍鄬?duì)比較好的，因?yàn)闋砍兜轿覀兒蠊ば虻膯栴}，所以我們希望做的時(shí)候厚度均勻性要好一點(diǎn)。另外是電芯在熱壓之后隔膜透氣度小于300秒。 第三個(gè)要求就是隔膜與正負(fù)極片粘附力大于5N/m。二三是相對(duì)一個(gè)比較矛盾的地方，如果附著力要求比較高的話肯定會(huì)影響隔膜透氣度，所以要做一個(gè)平衡。因?yàn)殡娦居幸欢ê穸?，所以熱壓時(shí)里面和外面的受熱情況是不一樣的，造成內(nèi)外部差異，會(huì)導(dǎo)致電芯內(nèi)外部極片界面的不一致。所以我們希望能夠通過冷壓的方式來實(shí)現(xiàn)粘結(jié)，這樣對(duì)電池的一致性會(huì)相對(duì)好一點(diǎn)。

第三個(gè)問題就是電池生產(chǎn)過程當(dāng)中遇到的一些工藝問題，比如說波浪紋、卷邊和垂邊。

 

 

 

 

我們看到左邊這張圖是比較明顯的波浪紋，在卷繞的時(shí)候會(huì)形成右邊死折，這對(duì)電池的性能是非常有害的。第二個(gè)是卷邊，因?yàn)槭菃蚊嫱坎?，隔膜兩面張力有差異，如果吸水性比較強(qiáng)，就會(huì)向陶瓷面卷曲，形成C字形，會(huì)造成對(duì)齊度不良。這個(gè)就是垂邊，我們看到拉直之后右邊這個(gè)側(cè)面是很直的一條線，左邊就垂下去了，這也是我們遇到的卷繞中比較大的一個(gè)問題。所以我對(duì)隔膜廠家提了一個(gè)要求，希望提高你們的工藝技術(shù)避免這方面的缺陷，提升我們的生產(chǎn)效率和優(yōu)率。

 

最個(gè)一個(gè)問題就是隔膜的機(jī)械強(qiáng)度，過程撕裂、短路率高、注液褶皺都是我們遇到的問題。注液褶皺是電池在注液完之后隔膜產(chǎn)生褶皺，后面有一組照片。

 

 

這個(gè)是我們對(duì)比了3個(gè)不同廠家的隔膜，我們看到拉伸強(qiáng)度方面在TD方向B廠家稍微低一點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中就出現(xiàn)了卷繞撕裂的情況。A隔膜穿刺強(qiáng)度相對(duì)B和C低了一點(diǎn)，造成短路率較高。這樣就給我們后面選擇隔膜的時(shí)候提供了一個(gè)可以參照的標(biāo)準(zhǔn)。這里我列了一個(gè)卷繞過程撕裂的情況，這種情況很少的。通過調(diào)整我們?cè)O(shè)備的張力，是可以解決這個(gè)問題的。

 

 

下一個(gè)是注液褶皺，這個(gè)問題比較困惑。中間這兩個(gè)是相對(duì)比較嚴(yán)重的，注液完了之后可以形成一個(gè)長(zhǎng)褶皺，兩邊褶皺相對(duì)比較小一點(diǎn)，但是不可避免。在電芯中隔膜有非常大的張力，這時(shí)候如果隔膜的彈性模量較小，剛度不夠，也就是抵抗變形的能力不足，就會(huì)在這個(gè)張力拉扯下變形，時(shí)間長(zhǎng)了后會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力松馳，就會(huì)產(chǎn)生波浪紋