①基本概念

 

    隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵內(nèi)層組件之一，主要作用在于防止正負(fù)極材料接觸導(dǎo)致短路，是保障電池安全的最重要部分之一。隔膜浸潤在電解液中，表面上有大量允許鋰離子通過的微孔。材料、厚度和微孔數(shù)量等特性都會影響鋰離子穿過隔膜的速度，進(jìn)而影響到電池的放電倍率、循環(huán)壽命等性能。隔膜是鋰電材料中技術(shù)壁壘較高的材料。

 

    市場上通用的隔膜材料為聚烯烴隔膜材料：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），目前市場化的鋰離子電池隔膜材料主要有PE單層、PE多層、PP單層和PP-PE-PP三層。

 

    國內(nèi)隔膜主要有三種技術(shù)路線：干法單拉、干法雙拉和濕法，由于干法雙拉隔膜孔徑的均勻性、一致性、穩(wěn)定性差，只能用于中低端電池，因此并非主流的技術(shù)路線，外資供應(yīng)商均不涉足。隔膜的主流制備工藝是干法單拉和濕法。干法單拉隔膜的優(yōu)點(diǎn)是：成本低、環(huán)保、橫向幾乎沒有熱收縮、熱穩(wěn)定性好，但由于只進(jìn)行了縱向拉伸而沒有進(jìn)行橫向拉伸，使用時橫向容易開裂，因此不能做的太薄，厚度一般在20至50微米。另外，用干法單拉隔膜批量生產(chǎn)的電池，內(nèi)部微短路的機(jī)率較高，對電池的循環(huán)壽命不利。

 

    與干法單拉隔膜相比，濕法隔膜在生產(chǎn)過程中進(jìn)行了雙向拉伸，因此拉伸強(qiáng)度和穿刺強(qiáng)度都比較高，產(chǎn)品可以做的很薄，最薄可以做到5微米。另外短路率也比干法單拉隔膜低。濕法隔膜唯一的缺點(diǎn)是熔斷溫度低，耐熱性差，在高溫時的收縮率高達(dá)10%，可能引起極片外露。陶瓷涂覆工藝解決了濕法隔膜熱穩(wěn)定性差的缺陷。

 

三種隔膜生產(chǎn)工藝的優(yōu)劣勢對比

 

    ②涂覆隔膜是發(fā)展趨勢

 

    聚烯烴類隔膜發(fā)展最早，制作工藝成熟，在目前占據(jù)絕對主流地位。但是，烯烴類隔膜的熔點(diǎn)較低，聚乙烯和聚丙烯的熔點(diǎn)分別為130℃和150℃左右，超過該溫度隔膜就會融化導(dǎo)致電池發(fā)生短路，極端濫用情況下電池有可能迅速升溫至200℃以上，造成局部隔膜材料的融化收縮，從而導(dǎo)致更大面積的內(nèi)部短路。一些鋰離子電池燃燒爆炸事件即因?yàn)楦裟ぴ诟邷叵氯诨瘜?dǎo)致。此外，動力電池需要經(jīng)受嚴(yán)格的使用環(huán)境考驗(yàn)，經(jīng)得起震動和碰撞的考驗(yàn)。在安全性能的碰撞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單純使用傳統(tǒng)的聚烯烴類隔膜在電池碰撞中容易發(fā)生被刺穿的情況，隔膜破裂導(dǎo)致電池短路。為提高電池安全性，在聚烯烴隔膜上涂覆陶瓷等納米材料或采用新基體材料成為未來技術(shù)發(fā)展趨勢。

 

    涂覆隔膜與普通聚烯烴隔膜相比，具備熱穩(wěn)定性高、熱收縮低、與電解液浸潤性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠提高電池的安全性。涂覆隔膜是利用粘結(jié)劑在聚烯烴基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁，該技術(shù)主要應(yīng)用在濕法工藝上。由于涂覆材料的耐溫性能較高，在高溫下起到支撐作用，能夠防止隔膜整體熱失控，耐受高溫可達(dá)到180℃。在130℃的溫度下，不加涂覆的PE隔膜熱收縮率在10%以上，隔膜的熱收縮也會致使正負(fù)極材料出現(xiàn)接觸而導(dǎo)致電池發(fā)生短路，而進(jìn)行涂覆加工之后的隔膜收縮率小于2%，而且涂覆材料還大大提高了隔膜的抗刺穿能力，進(jìn)一步提高了電池的安全性。此外，無機(jī)顆粒能夠與電解液保持更高的浸潤性，進(jìn)而降低電池的內(nèi)阻，并提高電池的放電功率。在進(jìn)行了陶瓷或PVDF涂覆之后，濕法隔膜唯一的熱穩(wěn)定性差的劣勢得到了彌補(bǔ)，在性能上較干法單拉隔膜已是全面領(lǐng)先。