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鋰離子電池隔膜制造工藝有什么優缺點?

鉅大LARGE  |  點擊量:40次  |  2020年08月24日  

摘要
鋰離子電池隔膜使用的基體材料是聚烯烴,聚烯烴具有優異的力學性能、化學穩定性和相對廉價的特點。隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學性能以及與電解液的浸潤度有直接的

鋰離子電池隔膜使用的基體材料是聚烯烴,聚烯烴具有優異的力學性能、化學穩定性和相對廉價的特點。隔膜基體材料重要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯系。盡管近年來有研究用聚偏氟乙烯、纖維素復合膜等材料制備鋰離子電池隔膜,但至今商品化的電池隔膜材料仍重要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。


鋰離子電池隔膜造孔工程技術重要有濕法和干法,干法又有單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝這兩種。


1、鋰離子電池隔膜生產的濕法工藝


濕法又稱相分離法或熱致相分離法,將高沸點小分子作為致孔劑添加到聚烯烴中,加熱熔融成均勻體系,然后降溫發生相分離,拉伸后用有機溶劑萃取出小分子,可制備出相互貫通的微孔膜材料。


采用該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等,目前重要用于單層的PE隔膜。


雖然孔隙率和透氣性可控范圍大,但由于濕法工藝要消耗大量的有機溶劑,一方面要考慮溶劑的回收利用,工藝復雜度新增,使成本新增,另一方面,污染環境。


2、鋰離子電池隔膜生產的干法雙向拉伸工藝


干法雙向拉伸工藝是我國科學院化學研究所在20世紀90年代初開發出的具有自主知識產權的工藝。通過在聚丙烯中加入具有成核用途的


β晶型改進劑,利用聚丙烯不同相態間密度的差異,在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔。


3、鋰離子電池隔膜生產的干法單向拉伸工藝


干法單向拉伸工藝是通過生產硬彈性纖維的方法,制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成微缺陷,然后高溫下使缺陷拉開,形成微孔。


該工藝經過幾十年的發展在美國、日本已經非常成熟,現在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復合膜。由于受國外專利保護及知識產權方面的制約,國內采用單向拉伸方法制備隔膜的工業化進展很慢。


用這種方法生產的隔膜具有扁長的微孔結構,由于只進行單向拉伸,隔膜的橫向強飛較差,但正是由于沒有進行橫向拉伸,橫向幾乎沒有熱收縮。


從干、濕兩種方法上看,干法雙向拉伸工藝生產的隔膜在物理性能、機械性能方面更占優勢能夠滿足動力鋰電池大電流充放電的要求。所以,干法雙向拉伸工藝生產的隔膜更適合應用于電動汽車用動力鋰電池。


復合隔膜


此種隔膜有兩層(PP/PE)隔膜、三層(PP/PE/PP)隔膜。三層膜在溫度升高時,中部的PE在130度熔化收縮造成熱關閉,但是由于外部的PP熔化溫度為160度,隔膜還可以保持一定的安全性,因此三層膜也較適用于動力鋰電池。目前Celgard與UBE掌握此種技術及專利權。


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