關(guān)于動力電池隔膜材料詳解
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-01 12:20
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鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液幾部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如下，其中隔膜是鋰離子電池關(guān)鍵的四大原材料之一，隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負(fù)極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時隔膜對于保障電池安全運行也起至關(guān)重要的作用，隔膜性能的優(yōu)劣直接影響電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及電池安全性能，鋰電池隔膜是四大材料中技術(shù)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(dá)到20%。
當(dāng)前，市場上商業(yè)化的鋰電池隔膜主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)為主的微孔聚烯烴隔膜，這類隔膜憑借著較低的成本、良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于鋰電池隔膜中。實際應(yīng)用中又包括了單層PP或PE隔膜、雙層PE/PP復(fù)合隔膜以及三層PP/PE/PP復(fù)合隔膜等。
鋰離子電池隔膜制備方法主要分為干法和濕法兩大類。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結(jié)晶性聚合物薄膜，經(jīng)過結(jié)晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶面進(jìn)行剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)，可以增加薄膜的孔徑。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(zhì)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(jìn)行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進(jìn)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(zhì)洗脫殘留的溶劑，制備出相互貫通的微孔膜。
干法工藝相對簡單，但孔徑和孔隙率難以控制，產(chǎn)品難以做??；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(fù)雜；新能源汽車所需的鋰離子動力電池往往要求電池有更大的容量、更高的電壓、更長的循環(huán)性能、更高的安全性能、長時間穩(wěn)定輸出的均一性能以及為汽車提供瞬間加速的大倍率放電性能，因而其要求隔膜具有高孔隙率、良好的浸潤性、較高的強(qiáng)度、良好的熱尺寸穩(wěn)定性、合適的熱關(guān)閉溫度和很高的熱熔化溫度；由于濕法隔膜具有孔隙率高、強(qiáng)度高、閉孔溫度低等特點，目前運用于動力電池中已逐漸成為主流。
目前國產(chǎn)隔膜主要在中、低端市場使用，國內(nèi)高端鋰電池隔膜市場主要由日本旭化成、日本東燃化學(xué)、日本UBE、韓國W-Scope、美國Celgard等進(jìn)口廠商占領(lǐng)。
國產(chǎn)隔膜產(chǎn)品與國外差距有很大一部分原因取決于原材料，國外知名隔膜廠家都有自己的專用料，要么自己生產(chǎn)原料，要么和原料廠家聯(lián)合開發(fā)隔膜專用料；聚烯烴隔膜對原材料主要有力學(xué)性能、溶解性、分散性、清潔度等方面的要求，用于隔膜生產(chǎn)的基材屬于相對高分子量的聚烯烴專用料，目前進(jìn)口材料仍占有較大份額，國產(chǎn)材料使用量較低。
塞拉尼斯旗下的泰科納(Ticona)公司推出了適用于鋰電隔膜生產(chǎn)的超高分子量聚乙烯，具有高拉伸強(qiáng)度、化學(xué)惰性和低熔流性。產(chǎn)品規(guī)格為50-1000萬分子量，并可根據(jù)客戶要求定制產(chǎn)品。
?？松梨诨闁|燃化學(xué)特殊定制隔膜專用料，加上東燃化學(xué)自身的工藝技術(shù)，產(chǎn)出的隔膜能有效提高鋰電池安全性及可靠性。國際化工巨頭利安德巴塞爾（Lyondellbasell）的聚烯烴專用料也已被成功引入中國，包括適用于濕法工藝HDPE的GX5028和適用于干法工藝PP的E4462。
我國石化企業(yè)對聚烯烴專用料的研發(fā)、生產(chǎn)也做出了不少成果。2010年8月，揚(yáng)子石化公司自主研發(fā)的聚丙烯專用料PPH-F02-H成功實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。2011年4月，中國石油蘭州石化公司也成功實現(xiàn)鋰電池隔膜專用料L402的生產(chǎn)。2012年7月，洛陽石化聚丙烯公司對新研發(fā)的鋰電池隔膜專用料F301L進(jìn)行了試生產(chǎn)，產(chǎn)品主要技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到用戶需求。2012年9月，北方華錦由聚丙烯F401牌號改進(jìn)而來的鋰電隔膜原料，通過了鋰電隔膜的生產(chǎn)和應(yīng)用性能測試。
更引人注目的是2017年5月27日揚(yáng)子石化首次成功試生產(chǎn)了鋰離子電池隔膜用特高分子量聚乙烯新產(chǎn)品YEV-4500，并于近日正式開始進(jìn)行市場推廣，這一新產(chǎn)品填補(bǔ)了國內(nèi)空白，打破了進(jìn)口產(chǎn)品的壟斷，是揚(yáng)子石化在高端聚烯烴領(lǐng)域取得的又一次突破。
特高分子量聚乙烯（UHMWPE）由于其優(yōu)異的性能，可改進(jìn)隔膜高溫熔體完整性（HTMI），顯著提高破膜溫度，HTMI對于提高插電式混合動力汽車的安全至關(guān)重要；同時還將賦予隔膜更高的穿刺強(qiáng)度、更高的孔隙率與機(jī)械強(qiáng)度，是制造高端鋰電池隔膜的理想原材料。
