作為鋰電池重要材料的隔膜 你真的了解嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-21 15:52
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隔膜位于正極和負(fù)極之間，主要作用是將正負(fù)極活性物質(zhì)分隔開，防止兩極因接觸而短路；此外在電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，允許電解液中的鋰離子自由通過，從而完成在充放電過程中鋰離子在正負(fù)極之間的快速傳輸。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，電池的種類不同，采用的隔膜也不同。
鋰離子電池主要有正極材料、負(fù)極材料電解液和電池隔膜四部分組成，隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性。隔膜成本占鋰電池成本的6%左右。
隔膜產(chǎn)品形態(tài)：
鋰電池隔膜產(chǎn)品分類及鋰電池結(jié)構(gòu)：
其中隔膜用的材料主要包括聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂和添加劑。
3、隔膜工藝路線
隔膜在鋰電池中主要作用是防止正負(fù)極短路，同時(shí)在充放電過程中提供離子運(yùn)輸?shù)耐ǖ?。隔膜材料與高電化學(xué)活性的正負(fù)極材料應(yīng)具備優(yōu)良的相容性，同時(shí)還應(yīng)具備優(yōu)良的穩(wěn)定性、耐溶劑性、離子導(dǎo)電性、電子絕緣性、較好的機(jī)械強(qiáng)度、較高的耐熱性及熔斷隔離性。在滿足鋰電池的特殊需求的同時(shí)，還要滿足制膜工藝的可行性，涉及多學(xué)科領(lǐng)域。
隔膜從生產(chǎn)工藝可分干法和濕法兩大類，濕法隔膜微孔尺寸和分布均勻，抗拉強(qiáng)度和穿刺強(qiáng)度均好于干法隔膜，但是PE材料熔點(diǎn)較PP 低30 度左右，高溫收縮率較難控制，因此更適合生產(chǎn)較薄的產(chǎn)品，此前主要應(yīng)用于數(shù)碼電池。電動汽車使用環(huán)境相對嚴(yán)苛，對安全性要求較高，此前以磷酸鐵鋰為代表的技術(shù)路線，主要使用干法單拉隔膜。
近年來，隨著陶瓷涂布技術(shù)的發(fā)展，濕法涂瓷隔膜克服了熔點(diǎn)低、收縮率高的缺陷，其厚度薄的優(yōu)點(diǎn)可以提高動力電池體積能量密度，鑒于國家補(bǔ)貼政策往高能量密度電池傾斜，因此濕法隔膜更適于三元電池主導(dǎo)的乘用車、專用車使用。
（1）三種工藝路線的產(chǎn)品電鏡圖和優(yōu)劣勢分析
干法主要是物理拉伸、結(jié)晶和淬取，而濕法工藝的原理是相位分離。干法制備工藝不包括相分離過程，工藝相對簡單，無污染，世界上大多廠商采用該方法。濕法制備的隔膜微孔分布均勻性好，孔徑大小合適，閉孔溫度低，雙向拉伸強(qiáng)度高，刺穿強(qiáng)度高，可以制備較薄的隔膜，更能滿足中高端電池的要求。
鋰電隔膜生產(chǎn)工藝對比：
（2）干法工藝流程
干法工藝流程分為①投料：將PP 及添加劑等原料按照配方預(yù)處理后輸送至擠出系統(tǒng)。②流延：將預(yù)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，熔體經(jīng)流延后形成特定結(jié)晶結(jié)構(gòu)的基膜。③熱處理：將基膜經(jīng)熱處理后得到硬彈性薄膜。④拉伸：將硬彈性薄膜進(jìn)行冷拉伸和熱拉伸后形成納米微孔膜。⑤分切：將納米微孔膜根據(jù)客戶的規(guī)格要求裁切為成品膜。
（3）濕法工藝流程
濕法工藝流程分為①投料：將PE、成孔劑等原料按照配方進(jìn)行預(yù)處理輸送至擠出系統(tǒng)。②流延：將預(yù)處理的原料在雙螺桿擠出系統(tǒng)中經(jīng)熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經(jīng)流延后形成含成孔劑的流延厚片。③縱向拉伸：將流延厚片進(jìn)行縱向拉伸。④橫向拉伸：將經(jīng)縱向拉伸后的流延厚片橫向拉伸，得到含成孔劑的基膜。⑤萃?。簩⒒そ?jīng)溶劑萃取后形成不含成孔劑的基膜。⑥定型：將不含成孔劑的基膜經(jīng)干燥、定型得到納米微孔膜。⑦分切：將納米微孔膜根據(jù)客戶的規(guī)格要求裁切為成品膜。
濕法隔膜適合生產(chǎn)較薄的單層PE 隔膜，但投資成本較高，代表企業(yè)有日本旭化成、東燃化學(xué)、韓國SKI和中國的金輝高科、紐米科技等。
濕法工藝也需要進(jìn)行拉伸，與干法工藝的區(qū)別在于需要使用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取。濕法工藝采用的是熱值相分離原理，先將PE、成孔劑等原料按照配方進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)熔融塑化后從模頭擠出后形成含成孔劑的流延厚片，然后將流延厚片進(jìn)行拉伸得到含成孔劑的基膜，該基膜經(jīng)溶劑萃取后便得到不含成孔劑的隔膜。與干法工藝相比，濕法工藝的投資成本較高，生產(chǎn)的隔膜有更高的孔隙率和透氣性，而且厚度的控制性更強(qiáng)，能夠生產(chǎn)更輕薄的隔膜。
（4）涂覆工藝進(jìn)一步提升濕法隔膜技術(shù)門檻
三元正極材料相對傳統(tǒng)磷酸鐵鋰正極而言，能量密度提升明顯，但是安全性也相對較低，因此對動力電池隔膜提出更高要求，為提高濕法隔膜的安全性，目前往往需要隔膜涂覆以提高穩(wěn)定性和強(qiáng)度。、
目前陶瓷涂布技術(shù)主要還存在涂層附著力、均一度及吸水等問題，這取決于陶瓷材料及涂布的工藝。若陶瓷層不夠致密，則對耐熱性改善不明顯；若過于致密，則會堵孔，使得電池循環(huán)差、倍率差，因此氧化鋁的選擇和涂覆方式的選擇尤為重要。另外，隔膜涂覆是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要隔膜廠商單獨(dú)開發(fā)出相應(yīng)的基材，再進(jìn)行處理，通常用的隔膜直接涂覆效果不太理想。
