锂离子电池隔膜的研究和发展现状
锂电池隔膜涂布工艺的改进
锂电池隔膜涂布工艺的改进标题：锂电池隔膜涂布工艺的改进：提升电池性能和安全性的关键一步引言：锂电池作为一种重要的电能存储设备，广泛应用于电动汽车、可穿戴设备和移动通信等领域。
隔膜是锂电池中的关键组件之一，它在电池正负极之间起到隔离和电荷传输的作用。
隔膜涂布工艺的改进可以提高隔膜的物理性能和化学稳定性，进而提升锂电池的性能和安全性。
本文将重点探讨当前锂电池隔膜涂布工艺的挑战以及改进方法，以期为锂电池行业的发展做出贡献。
一、锂电池隔膜涂布工艺的现状锂电池隔膜涂布工艺是将特殊聚合物材料涂覆在金属箔上，形成一层具有孔隙结构的薄膜。
目前主要采用的涂布工艺有滚筒涂布和喷涂两种。
1. 滚筒涂布滚筒涂布是目前应用最广泛的涂布工艺之一。
其优点在于生产效率高、成本低廉。
然而，传统的滚筒涂布存在一些问题，如涂布均匀性不高、容易产生缺陷和污染等。
2. 喷涂喷涂工艺相比滚筒涂布更加灵活和精确。
它可以通过控制喷涂头的位置和角度来实现薄膜的均匀涂布。
然而，喷涂工艺在生产过程中也存在一些挑战，如喷涂粘度的控制、气泡问题和溶剂挥发等。
二、锂电池隔膜涂布工艺的改进方向为了克服传统涂布工艺存在的问题，研究人员提出了一系列的改进方案，以提高隔膜涂布工艺的效率和质量。
以下是我对其中几个重要改进方向的观点和理解。
1. 精确控制涂布材料的粘度隔膜涂布工艺中，涂料的粘度对薄膜的均匀性和质量至关重要。
高粘度会导致涂层较厚，容易形成气泡和缺陷，而低粘度则很难实现均匀涂布。
因此，精确控制涂布材料的粘度是提高涂布工艺的关键。
2. 采用新型涂布材料隔膜涂布工艺中使用的涂料材料对薄膜的性能和稳定性有着重要影响。
研究人员正在努力开发具有优异物理化学性能的新型涂布材料，以提高隔膜的电导率、抗撕裂性能和耐化学腐蚀性。
3. 引入纳米技术纳米技术作为一种新兴领域，为锂电池隔膜涂布工艺的改进带来了新的机遇。
通过在涂布材料中引入纳米材料，如纳米纤维和纳米颗粒，可以有效地改善隔膜的各项性能，如热稳定性、机械强度和离子传导率等。
锂离子电池隔膜
功能性隔膜开发
针对特定应用场景，开发 具有自关闭、耐高温、耐 高压等功能的特殊隔膜。
前景预测
随着新能源汽车市场的持 续增长和储能领域的快速 发展，锂离子电池隔膜市 场需求将持续旺盛。同时 ，技术创新将推动隔膜产 品不断升级，提高电池性 能和安全性。
政策法规影响因素分析
环保政策
随着全球环保意识的提高，各国政府将加强对电池生产和 使用环节的环保监管，对隔膜材料的环保性能提出更高要 求。
产品特点
不同厂商的锂离子电池隔膜产品具有各自的特点。例如，日本厂商的产品在品质和性能方面具有较高的水平，但 价格相对较高；韩国厂商的产品则具有较高的性价比；中国厂商的产品在价格方面具有优势，但在品质和性能方 面仍有提升空间。
竞争格局与发展趋势
竞争格局
当前，锂离子电池隔膜市场呈现出寡头竞争的格局。 日本、韩国和中国等国家的主要厂商占据了市场的大 部分份额，其他小型厂商则主要在中低端市场进行竞 争。
锂离子电池隔膜
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目 录
• 锂离子电池隔膜概述 • 锂离子电池隔膜结构与性能 • 锂离子电池隔膜制备技术 • 锂离子电池隔膜应用领域 • 锂离子电池隔膜市场现状与竞争
格局 • 锂离子电池隔膜未来发展趋势与
挑战
01
锂离子电池隔膜概述
定义与作用
定义
锂离子电池隔膜是锂电池的关键 内层组件之一，置于电池正负极 之间，具有选择性透过离子的功 能。
能源政策
各国政府为推动新能源产业发展，将出台一系列扶持政策， 包括税收优惠、补贴等，降低锂离子电池成本，间接推动 隔膜市场发展。
安全标准
针对锂离子电池安全事故频发的问题，政府将制定更为严 格的安全标准，要求隔膜具有更高的热稳定性和机械强度。
锂电池隔膜的研究与进展
锂电池隔膜的研究与进展摘要:隔膜位于正极与负极之间，当电池工作时其应具有以下作用（1）隔离正负极，防止电极活性物质接触引起短路;（2）具有较好的持液能力，电化学反应时，形成离子通道。
本文以化学和材料结构为类别，综述了不同种类锂电池隔膜的制备方法和研究现状，并对隔膜未来的发展趋势做了展望。
关键词: 锂电池、隔膜、微孔膜、无纺布、无机复合膜。
在锂离子电池正极与负极之间有一层膜材料，通常称为隔膜，它是锂离子电池的重要组成部分。
隔膜应具有两种基本功能：隔离正负电极，防止电池内短路。
能被电解液润湿形成离子迁移的通道。
在实际应用还应具备以下特征[1-4]：(1)电子的绝缘性；（2）高的电导率；（3）好的机械性能，可以进行机械制造处理；（4）厚度均匀；（5）受热时尺寸稳定变形量要小。
电池隔膜根据结构和组成可以分为不同的类型，目前比较常见的主要三种[1-4]（1）多孔聚合物膜。
是指通过机械方法、热致相分离法、浸没沉淀法等方法制备的孔均匀分布的膜。
（2）无纺布隔膜。
由定向的或随机的纤维而构成，通常会将其与有机物或陶瓷凝胶复合，以期得到具有优良化学与物理性质的隔膜。
（3）无机复合膜。
多采用无机纳米颗粒与高聚物复合得到。
本文针对锂电池性能和安全性对隔膜孔隙率、浸润性、热安全温度等方面的要求,对隔膜的制备改性方法进行了比较详细的评述与比较,以期为相关领域的研究者提供可借鉴的资料。
1 多孔聚合物膜1.1 PE/PP微孔膜PE与PP微孔膜的制备常采用的方法有两种，干法（熔融挤出法)和湿法( 热致相分离法)。
干法制备的原理是采用熔融挤出制备出低结晶度高取向的聚烯烃隔膜，经过高温退火处理提高结晶度、低温拉伸形成缺陷、高温拉伸将缺陷放大，最终形成具有多孔性的隔膜［5］。
湿法是将液态烃或小分子物质与聚烯烃树脂的共混物，经过加热熔融共混、降温发生相分离、双向拉伸制成薄膜、用易挥发物质萃取溶剂，从而制备出具备相互贯通的微孔膜[6]。
商用隔膜多为PE、PP单层膜，PE/PP双层膜，PP/PE/PP 三层隔膜（见图1）。
锂离子电池的研究现状与发展趋势
锂离子电池的研究现状与发展趋势随着科技的不断进步和社会经济的不断发展，人们对能源解决方案也提出了更高的要求。
对于移动设备、电动汽车等领域，电池作为电力储存的核心技术之一，已经成为人们关注的焦点。
而锂离子电池（Li-ion）又作为一种高能量密度、长寿命、环保的电池技术被广泛了解和应用。
锂离子电池是一种通过锂离子在电池的两个极板之间来实现充电和放电的电池技术。
锂离子电池以其充电周期长、充放电效率高、功率密度大等优势，在消费电子、电动汽车、无人机、储能等领域发挥了重要作用。
在充电电源储能方面，锂离子电池不仅能够满足小型家电、手机、平板电脑等日常生活用品的需求，而且也能够为电动汽车等高负荷、高流量应用提供可靠的动力源，因此在市场上具有重要的竞争力。
然而，随着新兴科技的诞生和市场的发展，锂离子电池技术也在不断地面临着新的挑战和需求。
例如能量密度的提高、安全性和稳定性的加强以及生产成本的降低等。
因此，在锂离子电池方面的研究，也变得更为重要和紧迫。
目前，锂离子电池领域在多个方向上进行研究和开发，以提高电池的容量、性能、安全性和稳定性。
在这些研究领域中，可以从以下几个方面来讨论锂离子电池的研究现状和发展趋势。
一、锂离子电池技术的研发随着新兴科技的不断涌现，锂离子电池也在不断的进行技术研发。
在电池材料、结构设计和储能方面都不断地探索和创新。
例如，磷酸铁锂电池、三元杂化电池等新型电池技术，都在寻求提高电池容量和安全性的同时，尽可能地减小电池尺寸和重量。
同时，也在积极研发新颖的电极材料、隔膜材料和电解液等领域，以提高锂离子电池的能量密度和充电速度。
二、锂离子电池的节能与环保随着人们对环保问题的重视，锂离子电池也越来越注重做到能源的高效利用，同时尽可能降低对环境的影响。
在生产流程上，采用新的技术、设备，使电池制造的污染得以降到最低。
例如在生产中采用“水基涂布技术”对电池进行涂布，这种方法的环保性能和能源消耗都比传统生产方式更加高效。
锂离子电池技术的研究与应用前景分析
锂离子电池技术的研究与应用前景分析随着科技的不断进步，人们对于高能量、高效率的电池产品的需求越来越大。
在这个背景下，锂离子电池这种新型的电池技术出现在人们的视野中，并且迅速被应用于各种领域。
锂离子电池不仅具有容量大、重量轻、功率密度高、自放电率低等一系列优点，而且还具有充电时间短、循环寿命长等特点，因此在移动电子产品、电动车等领域得到了广泛的应用。
本文将围绕锂离子电池技术的研究与应用前景展开分析。
一、锂离子电池的特点及优势锂离子电池是一种新型的二次电池，主要由阳极、阴极、隔膜和电解液组成。
和传统的镉镍电池、铅酸蓄电池相比，锂离子电池具有以下优点：1. 噪音小：锂离子电池的工作模式相对较静，因此在工作时不会产生大量噪音。
2. 环保：锂离子电池不含重金属，因此在使用过程中对环境的影响相对较小。
3. 长循环寿命：锂离子电池的循环次数相对较长，能够满足大多数用户的需求。
4. 高倍率：锂离子电池能够满足高功率应用的需求，比如一些大功率的特殊门禁、无人机等。
5. 低内阻：锂离子电池的内阻相对较低，因此能够满足高能量密度、大放电电流的需求。
二、锂离子电池技术的研究发展现状如今，锂离子电池技术已经成为电子工业的一项重要技术。
在这些年来，锂离子电池的技术研发经历了几个关键的阶段：1. 初期研发阶段锂离子电池的初期研发主要集中在上世纪80年代。
当时，锂离子电池还处于实验室阶段，研究人员主要关注的是寻找锂离子电池的最佳材料和制造工艺，以实现更高的能量密度、循环寿命和安全性。
2. 中期研发阶段20世纪90年代开始，锂离子电池技术得到了广泛应用，一些大型电化学厂商开始投入巨资进入锂离子电池领域，并且在电池材料、系统集成等方面进行深入研究。
在这个阶段，锂离子电池领域迎来了一个新的发展时期，技术水平不断提升，产品性能也在不断地优化。
3. 成熟期研发阶段随着锂离子电池技术的逐渐成熟，现在锂离子电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑、电动车、电池储能等领域。
锂电隔膜工作总结
锂电隔膜工作总结
隔膜是锂电池中的重要组成部分，它在电池中起着隔离正负极、传导离子和阻
止内部短路的作用。
隔膜的质量和性能直接影响着锂电池的安全性和性能表现。
在过去的一段时间里，隔膜技术得到了长足的发展，不断推动着锂电池的进步和应用。
首先，隔膜的质量对锂电池的安全性具有重要影响。
优质的隔膜可以有效隔离
正负极，在充放电过程中阻止短路的发生，从而保证电池的安全运行。
隔膜的破损或者不良质量会导致电池过热、起火甚至爆炸，因此隔膜的质量控制至关重要。
其次，隔膜的离子传导性能直接影响着锂电池的充放电效率和循环寿命。
优秀
的隔膜应该具有高的离子传导率和低的电阻率，从而能够减少电池内部的能量损耗，提高能量密度和循环寿命。
隔膜的材料和结构设计对其离子传导性能有着决定性的影响，因此隔膜的研发和改进是锂电池技术进步的关键。
最后，隔膜的耐热性、耐化学腐蚀性和机械强度也是影响锂电池性能的重要因素。
隔膜在电池中会受到高温、电解液的腐蚀和机械挤压等多种环境影响，因此必须具有较高的稳定性和耐久性，以保证电池的长期稳定运行。
总的来说，隔膜作为锂电池中的重要组成部分，其质量和性能对电池的安全性、循环寿命和能量密度具有重要影响。
随着隔膜技术的不断进步和改进，相信锂电池在未来会有更广泛的应用和更优越的性能表现。
隔膜材料
3
2.1国内研究现状&关键问题
程 琥等 在Celgard2400 单层PP膜表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧 乙烯，改善了隔膜的润湿性，提升了隔膜的保液性，提高了锂离子电池的 循环性能。Ruiying Miao等则以现有强度较高的液态锂离子电池为基础， 使用 3 层 PE 和 PP复合微孔膜作为基体，在其表面上进行 PVDF 涂覆处 理，减小了隔膜与极片间间距，减小了锂离子电池的厚度。 2004 年一条采用湿法工艺生产 PE 隔膜的双向拉伸生产线由佛山塑料集 团建立了，其生产的产品在 2005 年底开始在市场上销售。20 世纪 90 年代 初中国科学院化学研究所开发出了干法双向拉伸工艺，这是一种具有自主知 识产权的工艺。
11
图1. 2009 年全球锂离子电池材料销售额
8
3.国内外生产厂家 国内的生产厂家，如深圳兴源 材质、佛山金辉高科等已经可以 提供小型锂离子电池用隔膜。 目前的主要生产厂家为：深圳 星源材质，2006年底其研发实现 了突破进展，建成了40万平米的 湿法生产线，并正在筹建国家级 电池隔膜检测中心。佛山金辉高 科公司，2004年建成了一条湿法 工艺生产PE隔膜的双拉伸生产线， 并与比亚迪共同出资组建佛山市 金辉高科材料有限公司。新乡市 瑞恩新能源材料有限公司于2004 年进行隔膜中试及生产，并于 2008年底形成了1500平方的产能。 此外三门峡兴邦特种膜科技也在 从事隔膜的生产以及研发。
6
2.2国外研究现状
Celgrd 2730 PE 微孔隔膜膜是由熔融拉伸工艺制成的，其性能优良在 锂离子电池行业中已得到应用。该种隔膜厚度为 20um，孔隙率达43 %，熔 点为 135 ℃，每平方厘米锂离子电阻率达到 2.23 Ω。 Takita等研究发现 UHMWPE 可制备透气性更好的微孔膜。当 HDPE 中 UHMWPE 20 %，按日本 JIS P8117 标准测得透气量为 430 s/100m L；而 含 UHMWPE 5 %，透气量则只有 380 s/100m L。 DMS Solutech 公司生产的 Solupor 隔膜，平均孔径为 0.1-2 μm，平均 孔隙率为 80 %-90 %，平均面密度为 7-16 g/m2，该种隔膜就是用 UHMWPE为原料生产的。 聚丙烯（PP）在低温时抗冲击强度不如 PE，但其延展性、抗张强度均 优于PE。 Nitto Denko 从 PP/PE 双层隔膜中提取单层隔膜在 PE 熔点附近， 其阻抗增加，在 PP 熔点以下仍具有很高的阻抗。它是采用干燥拉伸法制作 的，并且具有 PP 和 PE 的微孔结构。
锂离子电池隔膜的市场与技术发展
界 面 结 构 、 内 阻 等 ，直 接 影 响 电池 的 容 量 、循 环 以及 安 全 性 能等 特 性 ，性
２０ ０ ４年 进 行 中试 及 生 产 ，２ ０ ０ ５年 底 开始 有 产 品在 市 场上 销 售 。 （） 湿法 工 艺 ２
（） 干 法 工 艺 １
收稿 日期 ：２ １ ０ —１ ，０ １ ０ — ０（ 回） ０ 卜 ６ ０２１— ８ ２ 修
为 主 ，包 括 单 层 Ｐ Ｅ， 单层 Ｐ Ｐ，三 层
Ｐ／ＥＰ Ｐ Ｐ ／ Ｐ复 合 膜 。 现有 的 聚烯 烃 隔 膜生 产工艺分 为干法 和湿 法两大 类 ， 同 时干 法 又 可 细 分 为 单 向拉 伸 工 艺 和
双 向拉 伸 工艺 。
液） 之一 。 隔膜 的性 能决 定 了 电池 的
退 火 获 得 高 结 晶度 的 取 向薄 膜 。这 种 薄 膜 先 在 低 温 下 进 行 拉 伸 形 成 银 纹 等 微 缺 陷 ，然 后 高 温 下 使 缺 陷 拉 开 ，形 成 微 孔 。该 工 艺 经 过 多 年 的 发展 在 美
锂离子电池隔膜现状及发展趋势
性 ， 且 具 有 高 温 自 闭 性 能 ， 够 而 能 加 强 电池 日常 使 用 的 安 全 性 。 聚 以
乙烯（ Ｅ） 聚丙烯（ Ｐ 为主 的聚 Ｐ 和 Ｐ ） 烯烃 ， 分单层Ｐ 、 Ｐ 单层Ｐ 以及 ３ Ｅ， 层
的Ｐ ／ Ｅ Ｐ 。 厚度 一般 在 １ Ｐ Ｐ ／ Ｐ膜 ０～
徐 京生 中国化工经济技术发展中心副总工程师 ， 教授级高工 ， 享受国
务院特殊津贴 ， 兼任 全国精细化工 原料及中间体 行业协作组副理事长 、 北京科技咨询业协会理事 、 中国科技情报信 息协 会信 息咨询分会理事 、 《 精细 化工原料及 中问体》 编委会主任 、 国家发改委产业政策 司顾 问、 中 国 国际 工程咨询 公司特聘 专家 ，０ ７ ２ ０ 年起 聘为联合 国工业发展组 织中 国投 资促 进处 顾问和 绿色 产业专 家委 员会 委员 。 长期从 事有 机原料 、 精细化 工和新材 料的信息研 究与咨询工作 。 表过多篇文章 ， 发 著作 ， 并 组织编 写若干书籍和资料 。 研究成果 于 １ ９ 年和 １ ９年 获中国化工部 ９４ ９８ 科技 进步二等 奖和三等 奖 ；９ ４ １ ８ 年获 １ ８ － ９ ４ 度化学工 业部科技 ９ １ １８ 年 情报 成果二等奖 ；９ ８ １ ９ 年获 １９ 年 度化工 系统 优秀信 息成 果二等奖 ； ９８ ２ ０ 年获 ２ ０４ 项化工 系统优秀信息成果一等奖 。
１ 锂离子电池隔膜制造方法 ．
隔膜材料主要为多孔性聚烯烃。 制 备方法主要有干法和湿法 ２ 。 目的 种 ２ 者
均在于提高 隔膜 的孔隙率和强度 等性
厚 度均 匀性 。 中横 向厚度 均 匀性尤 其
为重要， 一般要求控制在±１ ｍ以内。
（ 力 学性 能 ２ ）
锂离子电池隔膜
主要应用领域
电动汽车
锂离子电池隔膜在电动汽车领域的应用最为广泛，主要作为电池组件的核心材料之一，用于隔开正负极材料，防止短 路和电池爆炸等安全问题。
储能领域
储能领域是锂离子电池隔膜的另一个重要应用领域，主要涉及电力、通信、智能电网等领域。在这些领域中，锂离子 电池隔膜用于储存电能，并在需要时释放出来。
产品特点
干法工艺制备的隔膜具有机械强度高、耐高温、热稳定性好等优点，同 时干法工艺可以生产出厚度较大的隔膜，适用于高功率密度的锂离子电 池。
工艺比较与优化
生产成本
湿法工艺使用的是水溶剂，生产成本较低；而干法工艺使用的是有机溶剂，生产成本较高。因此，在考虑生产成 本的前提下，湿法工艺更具优势。
产品性能
市场竞争
随着市场规模的不断扩大，锂离子电池隔膜领域的竞争也 越来越激烈。新进入者和现有企业之间的竞争将进一步加 剧。因此，企业需要不断提高产品质量和服务水平，加强 品牌建设和市场推广，以保持竞争优势。
05
锂离子电池隔膜的环保与可持续发展
生产过程中的环保要求
02
01
03
原材料选择
使用环保材料，如可再生资源，减少对环境的破坏。
作用
隔膜在锂离子电池中起到至关重要的作用，它决定了电池的容量 、内阻、安全性以及电池的寿命。
隔膜的组成与结构
组成
锂离子电池隔膜主要由聚烯烃材 料制成，其表面涂有陶瓷涂层以 增强其热稳定性。
结构
隔膜的结构通常呈现出多孔性， 这些孔隙允许锂离子通过，却阻 止了电子的直接流通，从而实现 了正负极之间的隔离。
06
研究与发展趋势
研究现状与成果
聚烯烃隔膜
聚烯烃隔膜具有高孔隙率、低成 本和良好的热稳定性，是锂离子 电池的主要隔膜类型。目前，研 究者通过优化隔膜的孔径、厚度 和拉伸强度等参数，提高了隔膜 的电化学性能和安全性。
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PE、PP 微孔膜的表面 接枝亲 水性 单体或 改变 电解 质中 的有 机 溶剂等 。 I.K uribayashi[ 17] 发现 , 纤维 素复合 膜材 料具有 好的 锂
第6期
伊廷锋 , 等 :锂离子电池隔膜的研究和发展现状
469
能 , 平均孔隙率为 30%～ 40%, 平均孔径为 0.05 μm 。 相对于单 轴拉伸技术 , 采用双轴拉伸制 作的隔膜 微孔外 形基本 上是圆 形 的 , 具 有 更 好 的 渗 透 性 和 机 械 性 能 , 孔 径 更 加 均 匀[ 11] 。 T.H.Yu[ 12] 介绍了制 膜的另一种 拉伸工艺 , 拉 伸是在 很低的 温 度下 , 如 -198～ -70 ℃下 , 然后在低于聚合物熔 化温度的条 件 下热固定 , 再在聚合物熔化温度下 , 以 10 %/ min 的速度拉伸 , 制
得微孔膜 。 熔融挤 出 — 拉伸 — 热 定型法的 工艺较 简单 , 且无 污 染 , 是锂离子电池隔膜制备 的常用 方法 。 该方 法存在 孔径及 孔
隙率较难控制等缺点 。 多层隔膜结合了 PE 和 PP 的优点 。Celgard 公 司[ 9] 主 要 生 产 PP/ PE 双 层 和 PP/ PE/ PP 三 层 隔 膜 。 Nitto Denko 公司[ 13] 采用干燥 拉伸 法 , 从 PP/ PE 双层隔 膜中 提 取了单层隔 膜 , 它具有 P P 和 PE 的 微孔结 构 ;在 PE 熔 点附近 ,
其阻抗增加 , 在 P P 熔点以下仍具有很高的阻 抗 。 DSM Solutech 公司[ 14] 采 用 双 轴 拉 伸 法 , 以 超 高 相 对 分 子 质 量 聚 乙 烯 (UHM W PE)为原料 生产 的 SolupurTM 隔 膜 , 具 有好 的电 化学 性 能 , 平均面 密度为 7 ～ 16 g/ m2 , 平 均孔径 为1 ～ 2 μm , 平 均孔 隙 率为 80% ～ 90 %。 F.G.B.Ooms 等[ 15] 研 究发 现 :Solupur 材 料
的强度 。 T MA(Thermal mechanical analy sis)技术是 测量高 温时
隔膜完整 性的方法 , 它 可测出 隔膜形 状随温 度的变 化 。 Celgard
2400 (PP)和 Celgard 2325 (PP/ P E/ PP)隔 膜 的 热 机 制 分 析 (T M A)曲线数据见表 3[ 25] 。
Table 1 Prepara tio n methods and compo nents of separators for Li-ion batteries
制备方法 组成 膜结构
商标
制造商
文献
湿法
PE
单层
Se te laTM
T one n
[ 5 -6]
湿法
PE
单层
M itsui C hemical [ 7]
作者简介 : 伊廷锋(1979 -), 男 , 山东 人 , 哈尔滨工业大学应用化学系博士生 , 研究方向 :化学电源 ; 胡信国(1939 -), 男 , 浙江 人 , 哈尔滨工业大学应用化学系教授 , 博士生导师 , 研究方向 :电化学 ; 高 昆(1977 -), 男 , 黑龙 江人 , 哈尔滨工业大学应用化学系博士生 , 研究方向 :化学电源 。
表 3 Celgard 隔膜 T MA 数据
/℃
Table 3 TM A data of Celgard separa tors
隔膜
收缩温度
变形温度
破裂温度
C elgard 2400
121
156
183
C elgard 2325
106
135 , 154
192
近年来 发展的 PP 与 PE 夹 层膜[ 12] , 由 于具有 较低的自 闭 温度(80 ～ 120 ℃), 又保持 了一定的强度 , 其安 全性比只用 单层
自闭温度/ ℃
≈130
高温完整性/ ℃
>150
有些商用隔膜 , 孔隙率低于 30%, 也有 的隔膜孔 隙率较高 , 可达 60 %左右 。
当温度 接近聚合物熔点时 , 多孔的 离子传 导聚合 物膜变 成 了无孔的绝 缘层 , 微 孔闭 合而 产生 自关 闭现 象 。 这 时 , 阻抗 明 显上升 , 通过电池 的电流 受到 限制 , 可防 止由 于过 热而 引起 的
湿法
PE
单层
TeklonTM En tek M emb ranes [ 8]
干法 PP, PE
单层
Ce lg ar dTM
Celgard LLC
[ 9]
干法 PP/ PE/ PP 多层
Ce lg ar dTM
Celgard LLC
[ 9]
M.Xu 等[ 10] 采用干法双轴拉 伸技术 , 制备了亚 微米级 孔径 的微孔聚丙 烯(PP)隔膜 , 其 微 孔具 有好 的 机械 性能 和 渗透 性
薄膜 , 经过结晶化热处理 、退火后 , 得到高度 取向的多层结构 , 在 高温下进一步拉伸 , 将结晶 界面进 行剥离 , 形成 多孔结 构 , 可以 增加隔膜的孔径 。 多孔结构与聚合物的结晶性 、取向性有关 。
表 1 列出了锂离子电池隔膜的主要制备方法及其组成 。 表 1 锂离子电 池隔膜的主要制备方法及其组成
这种方法制备的隔膜 , 可 以通过在 凝胶固 化过程 中控制 溶 液的组成和溶剂的挥 发 , 改 变其性 能和结 构 。 采用的 原料一 般 是聚乙烯(PE)。 湿法可以较好地 控制孔径 及孔隙率 , 但是使 用 溶剂后 , 可能产生污染 , 也将提高 聚烯烃 树脂 熔融 , 挤压 、吹 制成 结晶 性高分 子
第 35 卷 第 6 期 2005 年 12 月
电 池 BA T T ERY BIM ON T HLY
Vol.35 , N o.6 Dec., 2005
锂离子电池隔膜的研究和发展现状
伊廷锋 , 胡信国 , 高 昆
(哈尔滨工业大学应用化学系 , 黑龙江 哈尔滨 150001)
摘要 :综述了锂离子电池隔膜制备方法 的研究 进展 。 重点 介绍了 锂离子 电池隔 膜的结 构 、 性能 及其 对电池 性能 的影响 , 展望了锂离子电池隔膜的改进方向及其发展前景 。 隔膜的发展趋势是较高的孔隙率和抗撕裂强度 、 较低 的内阻和良 好的 弹性 。 关键词 :锂离子电池 ; 隔膜 ; 制备方法 ; 结构与性能 中图分类号 :T M 912.9 文献标识码 :A 文章编号 :1001 -1579(2005)06-0468-03
Research and development status of separators for Li-ion batteries
YI T ing-feng , H U Xin-guo , GAO Kun
(Department of Applied Chemistry , Harbin Institute of Technology , Harbin , Heilongjiang 150001 , China)
膜要好 。 复合多层隔膜已经成为目前研究开发的热点 。
3 改进
隔膜的制造技术和工艺的 发展 , 是影响 锂离子 电池性 能的 重要因素 , 按不同的要求 , 将能设计出不同的隔膜 。 表 4 为隔膜 的改进方向[ 26] 。
表 4 隔膜的改进方向 Table 4 Reformative direction of separato r
Key words :Li-ion battery ; separator ; preparation me thod; structure and performance
隔膜是 锂离子电池重要的 组成部 分[ 1 -2] , 其性能 决定了 电 池的界面结构 、内阻 等 , 直 接 影响 电 池的 容 量 、循 环 性能 等 特 性 。 性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用 。
1 制备方法
锂离子 电池隔膜的材料主要 为多孔 性聚烯 烃 , 其 制备方 法 主要有 :①湿法 , 即相分离法 ;②干法 , 即拉伸致孔法 。 不管采用 哪种方法 , 目的都希望增加隔膜的孔隙率和强 度 。 1.1 湿法
湿法[ 3] 是将液态的 烃 或一 些小 分子 物质 与聚 烯烃 树脂 混 合 , 加热熔融后 , 形成 均匀的混合 物 , 挥发溶 剂 , 进行相分 离 , 再 压制得到膜 片 ;将膜片加热至 接近结 晶熔点 , 保 温一定时 间 , 用 易挥发物质洗脱残留的溶剂 , 加入无机 增塑剂 粉末使 之形成 薄 膜 , 进一步用溶剂洗脱无机增塑剂 , 最后将其挤压成片 。
参数 厚度/μm 电化学阻抗/ Ψ·cm 2
要求 <25 <2
G urley 值/ s·μm -1
≈1
孔径/μm 孔隙率/ %
电化学稳定性
<1
≈40
在电池中 长时间稳定
参数
要求
刺穿强度/ g·μm -1
>300
混合渗透强度 / N·μm -1
>100
抗拉强度
6.9 M Pa 压力下 偏移量 <2 %
爆炸等现象 。 大多数聚烯烃隔膜 由于熔 化温度 低于 200 ℃, 如
PE 隔膜 的 自 闭 温 度 为 130 ～ 140 ℃, PP 隔 膜 的 自 闭 温 度 为
170 ℃左右 。 当然 , 在某 些情 况下 , 即使 已经“ 自 闭” , 电池的 温
度也可能继续升高 , 因 此要 求隔 膜耐 更高 的温 度 , 具有 足够 高
透气率 是透 气膜重 要的 物化指 标 , 由膜 的孔径 分布 、孔 隙 率等决定 , 常 采用 Gurley 方法[ 24] 表 征 。 孔隙 率 和孔 径的 大 小