锂离子电池隔膜现状及发展趋势_徐京生

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2023年锂电池隔膜行业市场发展现状

2023年锂电池隔膜行业市场发展现状

2023年锂电池隔膜行业市场发展现状
锂电池隔膜是锂电池的重要组成部分之一,主要起隔离阴阳极导电介质、防止短路和电解液的扩散等作用。

锂电池隔膜的市场需求直接影响了锂电池产业的发展,随着锂电池应用领域的不断拓展和锂电池产业规模的逐步扩大,锂电池隔膜市场也有了较快的发展。

1.市场规模持续扩大
目前,锂电池隔膜市场规模逐年增长。

据统计,2018年全球锂电池隔膜市场规模已达到43.4亿美元,预计到2025年将达到105亿美元。

其中,制成品隔膜市场的规模占大多数。

2.隔膜技术不断升级
随着制造工艺和材料的不断升级,锂电池隔膜的技术水平也不断提高。

新材料的研发和应用,如多孔聚烯烃膜(PP)、聚丙烯膜(PE)和聚酰亚胺膜(PI)等,使得隔膜的性能和安全性能得到大幅提高。

另外,微纳米技术、薄膜技术和超级电容技术等的应用,也进一步完善了隔膜的性能。

3.产业布局形成
从隔膜制造原材料到制作成品,隔膜产业链逐渐形成,并在全球范围内加速扩张。

目前全球锂电池隔膜市场主要集中在亚洲地区,特别是中国、韩国、日本等国家,在制造工艺、技术及产品升级上均具备领先优势。

而在国内市场,锂电池隔膜厂家数量呈现出快速增长的趋势。

4.行业竞争加剧
随着市场规模的扩大,越来越多的厂家和企业投身到该行业当中,行业竞争越来越激烈。

目前市场上隔膜品牌较多,竞争主要体现在产品品质、价格和售后服务方面。

总体来说,随着全球对新能源产业的不断重视和锂电池应用的更深入,锂电池隔膜产业市场的发展前景乐观。

但是,产品质量与安全问题仍需不断提升,竞争格局仍待完善。

锂离子电池隔膜材料的研究现状和发展趋势

锂离子电池隔膜材料的研究现状和发展趋势

锂离子电池隔膜材料的研究现状和发展趋势学院:班级:学号:姓名:时间:指导老师:一、锂离子电池隔膜概述电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜,是锂离子电池最关键的部分,对电池安全性和成本有直接影响。

目前已经商业化的锂离子电池隔膜主要由聚乙烯或聚丙烯材料制成。

其主要作用有:隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过;使电解质液中的电子在正负极间自由通过。

由于隔膜自身对电子和离子都是绝缘的,在正、负电极之间加入隔膜后不可避免地会降低正、负极之间的离子电导。

动力锂离子电池的安全运行需要具有更好热尺寸稳定性、热化学稳定性、更高机械强度的隔膜和聚合电解质材料。

隔膜和聚合电解质材料应该达到如下性能:电导率接近或达到液态电解质的导电率值10-3~10-2S/cm,锂离子迁移数尽可能接近1,电解质体系电化学稳定窗口大于4.5V;在电池工作的全部温度(-40℃~150℃)范围内,电解质(包括隔膜)具有良好的热稳定性、足够的力学稳定性;由于动力电池的运行温度一般在50℃~80℃之间,因而要求电解质(包括隔膜)耐温性能也要有大幅度的提高,至少要求能耐受150℃的热冲击。

从锂离子电池整体成本来看,正极材料占制造成本30%~40%,负极材料占15%~20%,电解液5%~10%,隔膜材料占15%~20%。

但其中附加值最高的材料为隔膜材料,毛利率达到70%,经济效益十分显著。

二、锂离子电池隔膜的生产工艺(1)干法干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹制成结晶性高分子薄膜,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,该法主要用PP。

干法按拉伸方向不同可分为单向拉伸和双向拉伸。

干法的关键技术在于聚合物熔融挤出铸片时要在聚合物的粘流态下拉伸300倍左右以形成硬弹性体材料,干法工艺见图1。

图1 干法工艺(单向拉伸)(2)湿法湿法的挤出铸片利用热致相分离,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,用易挥发物质洗去残留溶剂,加入无机增塑剂粉末使之形成薄膜,进一步用溶剂洗去无机增塑剂,最后将其挤压成片。

锂离子电池隔膜的研究及发展现状

锂离子电池隔膜的研究及发展现状

锂离子电池隔膜的研究及发展现状锂离子电池作为一种重要的电化学能源存储装置,广泛应用于电动车、移动设备以及储能系统等领域。

而隔膜作为锂离子电池中的关键组成部分,起到隔离正、负电极的作用,同时允许锂离子在两个电极之间传输,保证电池的正常工作。

因此,隔膜的性能对锂离子电池的性能和安全性起着至关重要的作用。

隔膜的研究与发展主要集中在以下几个方面:1.隔膜的材料选择:隔膜应具备较高的离子传输性能,以实现高能量密度和高功率密度的要求。

目前主流的隔膜材料为聚烯烃类,如聚丙烯膜(PP)、聚乙烯膜(PE)等。

这些材料具有良好的机械性能和化学稳定性,但其热稳定性和耐电解液的性能有待提高。

2.隔膜的离子传输性能:锂离子在电池中的传输速率、传输效率和传输容量都与隔膜的性能密切相关。

目前研究主要集中在提高隔膜的离子通道的导电性能、提高离子的扩散速率、减少离子阻抗以及降低离子迁移的极化等方面。

一些新型材料的引入,如含石墨烯的复合材料、含离子液体的复合材料等,可以有效提高隔膜的离子传输性能。

3.隔膜的热稳定性和耐电解液性能:隔膜在高温下应具备较好的热稳定性能,以减少因高温引起的隔膜熔化、变形等问题,同时能够耐受电解液中含有的溶剂、盐和添加剂。

为此,研究人员通过添加聚合物抗氧化剂、热稳定剂和界面改性等方式提高了隔膜的热稳定性和耐电解液性能。

4.隔膜的安全性:隔膜在电池过充、过放以及外力挤压等极端条件下应具备较好的安全性能,以避免发生内部短路、热失控和火灾等事故。

目前的研究主要聚焦在设计具有自愈性质的隔膜,以及引入阻燃材料和耐火材料等,以提高隔膜的安全性能。

目前,隔膜的发展趋势主要包括以下几个方面:1.高导电隔膜:提高隔膜的离子传输速率和导电性能,以实现高功率密度的需求。

2.超薄隔膜:随着电池技术的发展,对电池体积和重量的要求越来越高,因此研发出更薄、更轻的隔膜是一种发展趋势。

3.热稳定隔膜:研究新型隔膜材料,提高其热稳定性和耐电解液性能,以满足高温环境下的需求。

2023年锂离子电池隔膜行业市场环境分析

2023年锂离子电池隔膜行业市场环境分析

2023年锂离子电池隔膜行业市场环境分析锂离子电池隔膜行业是随着新能源汽车、智能手机、平板电脑等电子产品市场的迅速发展而兴起的一个行业。

随着科技的不断进步,人们对于电子产品的要求也越来越高,这也推动了锂离子电池隔膜行业的不断发展。

本文将针对该行业的市场环境进行分析。

一、政策环境随着能源危机的加重,全球对于新能源的研发和应用逐渐被重视。

在国内,中央政府提出了“十三五”规划,将新能源汽车作为重要的发展方向之一,这也为锂离子电池隔膜行业提供了良好的市场机遇。

此外,政府还加大了对环保行业的支持和投入,为隔膜行业发展提供了政策保障。

二、行业现状目前,全球锂离子电池隔膜市场规模已经达到了几十亿美元,预计未来几年还会持续增长。

而中国是目前全球最大的锂离子电池隔膜生产国家,隔膜企业数量也在不断增加。

同时,国内锂离子电池隔膜产业链也在不断完善,技术水平不断提高,规模不断扩大,市场份额也在逐渐增加。

三、市场需求由于人们对于便携、高性能、长续航力电子产品的需求不断增加,锂离子电池隔膜作为锂离子电池的核心部件,需求量也在不断增加。

同时,新能源汽车的崛起也为锂离子电池隔膜带来了新机遇,预计在未来几年,新能源汽车领域的市场需求将成为锂离子电池隔膜行业的一大推动力。

四、市场竞争随着行业的不断发展,锂离子电池隔膜的市场竞争也不断加剧。

目前,国内外都有众多的隔膜生产企业,市场竞争非常激烈。

国外的隔膜生产企业大多具有雄厚的技术实力和品牌优势,国内的隔膜生产企业则在生产成本、技术水平和售后服务等方面具有优势,而随着国内隔膜生产企业的不断发展,它们也正在逐渐缩小与国外企业之间的差距。

总而言之,随着新能源汽车等领域的逐步发展,锂离子电池隔膜行业将有更广阔的市场空间。

但同时也需要加强技术创新和产品质量,提高市场竞争力,以应对激烈的市场竞争和越来越苛刻的市场环境。

锂离子电池隔膜现状及发展趋势

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 )

2023年锂电隔膜设备行业市场前景分析

2023年锂电隔膜设备行业市场前景分析

2023年锂电隔膜设备行业市场前景分析锂电隔膜是锂离子电池中非常重要的一部分,它可以起到电解液和正负极之间隔离的作用,以避免短路和过充等安全问题。

随着锂电池应用领域的不断扩大,从手机、笔记本电脑到电动汽车、储能系统,锂电隔膜的需求也在迅速增长。

因此,锂电隔膜设备行业的市场前景非常广阔。

1. 锂电隔膜行业的发展趋势从过去几年锂电隔膜市场的发展趋势来看,中国的锂电隔膜企业数量不断增加,并且除了传统隔膜材料的PP、PE和PVDF以外,目前还有更好的TFSI等新型隔膜材料的推广。

在设备制造方面,高速离心纺丝、无纺布贴合、横向拉伸和热压等多种技术的推动也极大地促进了锂电隔膜行业的快速发展。

另外,由于锂电池产品的安全性需求日益提高,对锂电隔膜质量要求也越来越高。

因此,在未来的发展中,锂电隔膜行业需要不断升级技术和进一步提升产品质量水平。

2. 锂电隔膜设备市场前景目前,随着新型锂电隔膜材料的逐步普及,尤其是TFSI等高性能隔膜材料的出现,锂电隔膜设备的推广和应用也将获得更多的关注和市场需求。

特别是在电动汽车、储能系统和太阳能电池板等领域的快速增长,将对锂电隔膜设备的市场带来更大的需求,同时也将给厂家带来更多的商机。

预计未来几年锂电隔膜设备市场将保持较快的增长速度,这将会为行业企业提供更多的发展空间。

3. 锂电隔膜设备行业的未来发展未来锂电隔膜设备行业将面临愈演愈烈的市场竞争。

更加高效能且价格更低廉的设备将会大受欢迎。

此外,在产品的品质和稳定性方面,也将对生产企业提出更高的要求。

因此,需要不断加强研发和创新,提高隔膜生产的技术含量和设备的产能,以适应市场需求的变化。

在未来发展的过程中,一些锂电隔膜设备行业企业也需要进一步加强设备生产能力和技术研发能力,以抢占市场份额,并在国际市场上更加活跃,实现进一步的发展和壮大。

在这样的背景下,锂电隔膜设备行业将会迎来更广阔的市场前景。

我国锂电池隔膜行业发展现状以及市场竞争格局

我国锂电池隔膜行业发展现状以及市场竞争格局

我国锂电池隔膜行业发展现状以及市场竞争格局一、隔膜行业发展现状锂电池隔膜是锂电池生产的四大主要材料之一,其主要起到隔离正负极、能让电解质离子自由通过形成充放电回路、在锂电池过充或者温度过高时,通过闭孔功能防止短路等作用,据测算其在三元电池中的成本占到6%左右。

而决定锂电池隔膜性能的指标主要包括厚度、透气率、浸润度、化学稳定性、孔径、穿刺强度、热稳定性、热关闭温度和孔隙率等。

生产锂电池隔膜的主流方法是熔融拉伸法(干法)和热相分离法(湿法)两种,干法制得的隔膜较厚,纵向拉伸强度低,且对于产品孔隙率以及孔径的一致性控制较难;湿法制成的隔膜拥有均匀的孔径以及孔隙率,且产品厚度更薄,横向和纵向拉伸强度也较高,更适合高能量密度的锂电池。

目前隔膜的市场需求主要由3个部分组成,首先是消费类3C电子产品,其次是储能市场以及电动车市场。

现阶段隔膜市场发展的主要动力来源于电动车销量增加以及对应的动力电池需求量快速增长,2019年我国隔膜行业市场规模达到129亿元,其中湿法产能占到90%以上。

我国的隔膜行业市场规模在2017年迎来了一轮高潮,主要原因是新能源电动车补贴政策利好整个电池生产业,而充电桩等基础设施的加速建设也对隔膜市场规模的扩张起到了带动作用。

2018-2019年由于企业产能扩张导致局部产能过剩,特别是部分早期产能被淘汰导致市场规模有所下降。

二、市场竞争格局目前市场上主流的湿法隔膜生产产品的热稳定性不足导致行业的先期投入成本较高,而要想达到下游需求则必须有一定的技术和经验积累,不同厂家会将生产工艺注入到设备订购环节,使得设备偏定制化,因而即使是采购同一家设备厂的设备,生产的隔膜产品的品质、成本因工艺水平差异较大。

湿法隔膜一直在往轻薄化迭代,越轻薄的产品技术难度更高。

目前在干法领域市场竞争格局基本稳定,生产技术已经成熟且新进入的产能少之又少,星源材质和沧州明珠是国内少数大规模采用干法生产的隔膜企业,其在干法隔膜的市场占有率分别为28%与22%。

锂离子电池隔膜现状及发展趋势

锂离子电池隔膜现状及发展趋势

锂离子电池隔膜现状及发展趋势摘要:随着科技的进步,锂离子电池技术和相关材料也得到迅速发展,提高了锂离子电池的性能,扩大了锂离子电池的应用范围,特别是在混合动力公交车、电动汽车、航空航天、人造卫星和储能等领域得到普遍应用。

随着社会生产和人们生活对锂离子电池需求量的日益增大,其锂离子电池核心组成部分之一的隔膜要求也越来越高。

开发高性能、低成本电池隔膜始终是锂离子电池领域的重要研究方向之一。

关键词:锂离子电池隔膜;研究现状;发展趋势1.锂离子电池隔膜性能要求隔膜在锂离子电池中的主要作用为隔离正负电极,防止电池内部短路;并提供锂离子迁移的良好通道,保证电化学反应顺利进行。

因此作为锂离子电池的“第三电极”,决定了电池的界面结构、电解质的保持性和电池的内阻等,进而影响电池的容量、循环性能、充放电效率及安全性等关键特性,其应具备如下性能要求。

1.1锂离子透过性隔膜的离子透过性受到孔径、孔径分布、孔隙率、孔曲折度等结构因素的综合影响。

目前商品化的锂离子电池隔膜孔径一般在0.03~0.05或0.09~0.12,最大孔径和平均孔径差应低于0.01,孔隙率为40%~50%。

1.2机械强度隔膜应具备良好的抗张强度和抗刺穿强度,防止电池在长期充放电循环运行中其强度衰减以及电极材料在电池内部形成枝晶,保证其良好的结构稳定性和安全性。

1.3热稳定性锂离子电池在充放电过程中产生热量,尤其是短路或过充电时,会有大量热量释放,所以要求在-20℃~90℃,隔膜能够保持良好的机械强度和尺寸稳定性,起到隔离正负极防止短路的作用。

1.4电解液润湿性为降低内阻,增大离子导电性,提高电池的充放电性能和容量,要求隔膜与电解液之间有良好的亲和性,即隔膜能被电解液充分且快速浸润。

1.锂离子电池隔膜研究现状2.1聚合物锂离子电池隔膜制备技术近年来以加工性能、质量、材料价格、安全等方面独特优势兴起的聚合物锂离子电池,要求隔膜具有很好的吸液性能。

较早的聚合物电解质隔膜是由美国Belleore公司1994年研制的由聚偏氟乙烯(PVDF)/六氟丙烯(HFP)的共聚物制成的多孔膜,基本制备方法是以(PVDF-HFP)共聚物与一定比例的增塑剂共溶于有机溶剂中制成膜后,再用有机溶剂将该增塑剂抽提出来制成具有一定微孔结构的膜,然后浸取电解质溶液,其吸附电解液后,具有较高的电导率和良好的机械性能,但没能规模化生产。

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锂离子电池隔膜现状及发展趋势■ 文/徐京生中国化工经济技术发展中心一、锂离子电池隔膜概述1.锂离子电池隔膜简介隔膜是锂离子电池重要的组成部分之一,作用是将正极与负极材料隔开、容许离子通过而不能让电子通过。

由于锂离子电池具有工作电压高、正极材料的氧化性和负极材料的还原性较高等特点,因此,隔膜材料与高电化学活性的正负极材料应具备优良的相容性,同时还应具备优良的稳定性、耐溶剂性、离子导电性,电子绝缘性、较好的机械强度、较高的耐热性及熔断隔离性。

从锂离子电池整体成本来看,正极材料占制造成本30%~40%,负极材料占15%~20%,电解液5%~10%,隔膜材料占15%~20%。

但其中附加值最高的材料为隔膜材料,毛利率达到70%,经济效益十分显著。

常用的隔膜材料可以分为2大类:①聚合物膜;②无纺布膜。

无纺布膜又分为玻璃纤维、合成纤维、陶瓷纤维纸。

当前商品化的聚合物隔膜大多采用微孔聚烯烃隔膜,因为聚烯烃化合物在合理的成本范围内可提供良好的机械性能和化学稳定性,而且具有高温自闭性能,能够加强电池日常使用的安全性。

以聚乙烯(P E)和聚丙烯(P P)为主的聚烯烃,分单层P P、单层P E,以及3层的P P/P E/P P。

膜厚度一般在10~40μm,微孔尺寸在50~250n m,孔隙率在35%左右。

高端电池,特别是动力锂离子电池对隔膜产品的一致性要求更高,除厚度、表面密度及力学性能等基本性能外,还对微孔的尺寸和分布的均一性提出更多要求。

2.锂离子电池隔膜用材料的性能要求影响锂离子电池隔膜性能的主要因素包括隔膜材料的厚度均匀性、力学性能、透过性能、润湿性能、化学稳定性能、安全保护性能等几个方面。

(1)厚度均匀性厚度均匀性直接影响锂离子电池隔膜的外观质量及内在性能,是生徐京生 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、《精细化工原料及中间体》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,2007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。

发表过多篇文章、著作,并组织编写若干书籍和资料。

研究成果于1994年和1998年获中国化工部科技进步二等奖和三等奖;1984年获1981-1984年度化学工业部科技情报成果二等奖;1998年获1998年度化工系统优秀信息成果二等奖;2004年获2项化工系统优秀信息成果一等奖。

产过程重要的质量指标之一。

在自动化程度很高的锂离子电池隔膜生产线上,隔膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪及快速反馈控制系统进行自动检测和控制的。

隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。

其中横向厚度均匀性尤为重要,一般要求控制在±1μm以内。

(2)力学性能力学性能是影响锂离子电池隔膜应用的一个重要因素,如果隔膜破裂就会发生短路,降低成品率,因此,要求隔膜在电池组装和充放电结构使用过程中,需要自身具有一定的机械强度。

隔膜的机械强度可用拉伸强度和抗穿刺强度来衡量。

其中,拉伸强度与制膜工艺相关。

采用单轴拉伸,膜在拉伸方向与垂直方向强度不同;采用双轴拉伸时,隔膜在2个方向上一致性会相近。

一般拉伸强度要求纵向强度要达到100MPa以上,但横向强度不能太大,否则会导致横向收缩率增大,这种收缩会加大锂离子电池厂家正、负极接触的几率。

抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量,表示隔膜在装配过程中发生短路的趋势,一般抗穿刺强度值在300~500g。

(3)透过性能锂离子电池隔膜透过性能用在一定时间和压力下通过隔膜气体量的多少来表征,主要反映锂离子透过隔膜的通畅性。

隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。

微孔在整个隔膜材料中的分布应均匀,孔径一般在0.03~0.12μm,孔径太小会增加电阻,太大则易使正负极接触或被枝晶刺穿而形成短路。

隔膜厂家现多以透气度、孔隙度指标来衡量透气性。

孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率,与原料树脂及膜的密度有关。

现有锂离子电池隔膜的孔隙率在40%~50%之间。

(4)润湿性能较好的润湿性有利于提高隔膜与电解液的亲和性,扩大隔膜与电解液的接触面,从而增加离子导电性,提高电池的充放电性能和容量。

隔膜对电解液的润湿性可通过测定其吸液率和持液率来衡量。

隔膜在电解液中应当保持长久的稳定性,不与电解液和电极物质反应。

(5)化学稳定性能锂离子电池隔膜的化学稳定性是通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率来评价的。

隔膜需具备热稳定性,即电池在充放电过程中会释放热量,尤其在短路或过充电的时候,会有大量热量放出,因此,当温度升高的时候,隔膜应当保持原有的完整性和一定的力学性能,发挥隔离正、负极防止短路的作用。

(6)安全保护性能在动力电池领域,锂离子电池的安全性是锂电池厂家最重视的指标。

目前锂离子电池用隔膜一般都应具有热关闭功能,这一特性可以为锂离子电池提供额外的安全保护,该功能主要参数为闭孔温度和破膜温度。

3.隔膜技术的难点隔膜技术的难点在于基体材料制备以及造孔的工程技术。

其中,隔膜的物化特性取决于隔膜材料的材基。

不同材基制备的隔膜具有不同的物化特性,因而使电池性能表现出较大的差异。

基体材料制备包括P P、P E等专用料和添加剂的制备和改性。

隔膜的制备工艺也是根据隔膜材基的物性采用相应的隔膜制备技术,不同的制膜工艺产生不同微孔结构的隔膜。

其中,造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备制造以及产品稳定性控制。

造孔工程技术的难点主要体现在空隙率不够、厚度不均、强度差等方面。

二、锂离子电池隔膜的生产工艺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种。

2者目的均在于提高隔膜的孔隙率和强度等性能,但隔膜微孔的成孔机理不同。

干法即拉伸致孔法,又叫熔融拉伸(MSCS)。

由于MSCS法不包括任何相分离过程,工艺相对简单且生产过程无污染,目前世界上大都采用此法,如日本宇部兴产株式会社(简称“日本宇部兴产”)、日本三菱化学株式会社、日本东燃化学公司(简称“日本东燃化学”)(埃克森美孚控股)及美国Celgard公司等。

湿法也称为相分离法或热致相分离(TIPS)。

TIPS法比MSCS法复杂,需加入和脱除稀释剂,因此生产费用相对较高且可能引起二次污染,目前世界上采用此法生产隔膜的有日本旭化成株式会社(简称“日本旭化成”)、日本东燃化学和明尼苏达矿业及机器制造公司(3M公司)等。

(1)干法干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹制成结晶性高分子薄膜,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,该法主要用P P。

干法按拉伸方向不同可分为单向拉伸和双向拉伸。

干法的关键技术在于聚合物熔融挤出铸片时要在聚合物的粘流态下拉伸300倍左右以形成硬弹性体材料,干法工艺见图1。

其加工工艺流程如下:①将PE、PP分别熔融挤出,拉伸300倍左右流延铸片成12μm的膜;②将PE、PP膜进行热复合、热处理、纵向拉伸、热定型。

干法又分熔融挤出/拉伸/热定型法;添加成核剂共挤出/拉伸/热固定法。

(2)湿法湿法是近年发展起来的,主要用低密度PE。

利用高聚物与某些高沸点的小分子化合物在较高温度(一般高于聚合物的熔化温度)时形成均相溶液,降低温度又发生固-液或液-液相分离,这样在高聚合物相中,拉伸后除去低分子物则可制成互相贯通的微孔膜材料。

湿法的挤出铸片利用热致相分离,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,用易挥发物质洗去残留溶剂,加入无机增塑剂粉末使之形成薄膜,进一步用溶剂洗去无机增塑剂,最后将其挤压成片。

如P E、P P等聚合物和石蜡、邻苯二甲酸二辛脂(D O P)等高沸点的小分子化合物在升高温度(高于P E等聚合物的熔点)下形成均相溶液,降低温度时又发生相分离。

经过双向拉伸后,用溶剂洗去石蜡等小分子化合物即可成为微孔材料。

其加工工艺流程为:双螺杆挤出机挤出、铸片成型、同步双向拉伸、溶剂萃取、吹干、横拉定型、在线测厚、收卷、时效处理、分切等。

这种方法的优点是可通过在凝胶固化过程中控制溶液的组成和溶剂的挥发,较好地控制隔膜的孔径及孔隙率;缺点是需要使用溶剂,可能产生污染,提高成本。

湿法工艺见图2。

2. 锂离子电池隔膜的发展趋势(1)现有材料的改进要保证安全性,锂离子电池隔膜通常要求闭孔温度较低和熔断温度较高。

以干法制备的PP隔膜通常闭孔温度较高,熔断温度也很高;以湿法制备的PE隔膜闭孔温度较低,熔断温度也较低。

多层隔膜结合了PE和PP的优点。

因此,其研究受到广泛关注。

Celgard公司主要生产PP/PE双层和PP/PE/PP3层隔膜,三层隔膜具有更好的力学性能,PE夹在2层PP之间可以起到熔断保险丝的作用,为电池提供了更好的安全保护。

PE和PP隔膜对电解质的亲和性较差,吸液率低,需进行改性,如在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。

(2)表面改性PE和PP隔膜对电解质的亲和性较差,吸液率低,需进行改性,如在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;表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯;涂覆聚偏氟乙烯(PVDF),在表面形成一层改性膜,改性膜材料与正极材料兼容并能复合成一体,使该膜在具有较高强度的前提下,降低了隔膜的厚度,减小了电池的体积;用聚苯并咪唑处理PP可以弥补其润湿能力差的弱点;用聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烷(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、P V C、PVDF、橡胶等改性。

(3)新型膜材料聚烯烃膜具有一定的局限性,例如,耐温有限,小于150℃,安全性降低;为进一步提高比能量,就要减小膜厚,使二维孔结构薄膜的吸液率下降,影响安全性,为此要开发新型膜材料。

新型膜材料包括高孔隙率纳米纤维隔膜、Sepafion隔膜以及聚合物电解质隔膜。

①高孔隙率纳米纤维隔膜:纳米纤维膜制备技术的关键是静电纺丝技术,但在解决单喷头静电纺丝的局限、纳米丝之间不粘结和薄膜力学性能低等关键技术方面有待突破(中科院理化技术所等)。

②Separion的隔膜:德国的赢创德固赛有限责任公司结合有机物的柔图1 干法工艺(单向拉伸)图2 湿法工艺(双向拉伸)电镜图像性和无机物良好热稳定性的特点,生产出商品名为Separion的隔膜,是在纤维素无纺布上复合A l2O3或S i O2。

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