鋰離子電池隔膜的研究及發(fā)展現(xiàn)狀-在線瀏覽
2024-08-08 22:26本頁面
【正文】 E復(fù)合的多層微孔膜作為隔離膜，以聚丙烯為例，其原料成本約8千元/噸，而將其加工成隔膜后，其價值可達到300萬元/噸，大幅升值幾百倍。隔膜的性能，直接影響著電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性。目前，而金輝公司做了1200多萬平方米。未來動力電池可能將是翻番式的增長，其需求將是手機電池的10倍以上。但國內(nèi)能夠生產(chǎn)隔膜的企業(yè)屈指可數(shù)，導(dǎo)致一直受制于國外進口，價格居高不下，這是鋰電制造成本很高的一個主要原因，當(dāng)然也是影響鋰電應(yīng)用的重要原因之一。隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”特點，而且項目周期很長，投資風(fēng)險較大，國內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。為此，世界領(lǐng)先的石油和石化企業(yè)?？松梨诨ふ诜e極投資以滿足這一不斷增長的需求。同時，還在推動沙特和卡塔爾的大型投資項目，并在韓國建設(shè)一家新的鋰電池隔膜廠。鋰離子電池隔膜的研究及發(fā)展現(xiàn)狀樊孝紅，蔡朝輝，吳耀根，葉舒展，徐冰(佛山塑料集團股份有限公司，廣東佛山528000) 重點敘述了隔膜的制備方法，對干法和濕法的原理、工藝及所制得的隔膜性能上的區(qū)別進行了詳細(xì)的闡述；同時簡單介紹了隔膜的改性研究現(xiàn)狀和新型電池隔膜的發(fā)展，最后對電池隔膜的未來發(fā)展趨勢進行了展望。 關(guān)鍵詞：鋰離子電池；隔膜；研究進展 鋰離子電池除廣泛用于日常熟知的手機、筆記本電腦以及其他數(shù)碼電子產(chǎn)品之外，電動車的發(fā)展也將帶動鋰離子電池的更大需求，且在航空航天、航海、人造衛(wèi)星、小型醫(yī)療、軍用通信設(shè)備等領(lǐng)域中也得到了應(yīng)用，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池。我國近幾年在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化方面取得了可喜進展，已成為全球重要的鋰離子電池生產(chǎn)基地，產(chǎn)量躍居全球第三。 而世界上只有日本、美國等少數(shù)幾個國家擁有鋰離子電池聚合物隔膜的生產(chǎn)技術(shù)和相應(yīng)的規(guī)模化生產(chǎn)，我國在鋰離子電池隔膜的研究與開發(fā)方面起步較晚，仍主要依賴進口，隔膜的平均售價為8～15元／m2，約占整個電池成本的1／4，從而導(dǎo)致鋰離子電池市場價格高居不下，目前國內(nèi)80％以上的隔膜市場被美、目等國家壟斷，國產(chǎn)隔膜主要在中、低端市場使用。 電池隔膜是指在鋰離子電池正極與負(fù)極中間的聚合物隔膜，是鋰離子電池最關(guān)鍵的部分，對電池安全性和成本有直接影響。其鋰離子傳導(dǎo)能力直接關(guān)系到鋰離子電池的整體性能，其隔離正負(fù)極的作用使電池在過度充電或者溫度升高的情況下能限制電流的升高，防止電池短路引起爆炸，具有微孔自閉保護作用，對電池使用者和設(shè)備起到安全保護的作用。 隔膜性能的優(yōu)劣決定電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻，進而影響電池的容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等關(guān)鍵特性，可見，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能有重要作用。 對隔膜的基本要求是：具有足夠的隔離性和電子絕緣性，能保證正負(fù)極的機械隔離和阻止活性物質(zhì)的遷移；有一定的孔徑，對鋰離子有很好的透過性，保證低電阻和高離子傳導(dǎo)率；由于鋰離子電池采用有機溶劑和非水電解液，因此應(yīng)具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，有一定的耐濕性和耐腐蝕性；對電解液的浸潤性好，有足夠的吸液保濕能力和離子導(dǎo)電性；具有足夠的力學(xué)性能和防震能力，并且厚度盡可能??；自動關(guān)斷保護性能好。 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)微孔膜具有較高孔隙率、較低的電阻、較高的抗撕裂強度、較好的抗酸堿能力、良好的彈性及對非質(zhì)子溶劑的保持性能，因此鋰離子電池研究開發(fā)初期用其作為隔膜材料。 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)，在高溫下進一步拉伸，將結(jié)晶界面進行剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)，可以增加薄膜的孔徑。 這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成銀紋等缺陷，然后在高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝生產(chǎn)的隔膜具有扁長的微孔結(jié)構(gòu)，由于只進行單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差，但橫向幾乎沒有熱收縮。 通過在PP中加入具有成核作用的β晶型改進劑，利用PP不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔。從2000年開始，在國家863計劃的支持下，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干法雙向拉伸制備PP微孔膜的技術(shù)在營口向陽化工廠進行中試。采用雙向拉伸制成的隔膜的微孔外形基本上是圓形的，即有很好的滲透性和力學(xué)性能，孔徑更加均勻。 濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將液態(tài)烴或一些小分子物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進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，可制備出相互貫通的微孔膜材料，此方法適用的材料范圍廣。國內(nèi)佛山塑料集團于2004年建立了一條采用濕法工藝生產(chǎn)PE隔膜的雙向拉伸生產(chǎn)線，產(chǎn)品于2005年底在市場上銷售。 由圖1可以清晰看到干法與濕法制得的電池隔膜的表面形態(tài)、孔徑和分布都有很大的不同。 因此以干法工藝制備的隔膜通常閉孔溫度較高，同時熔斷溫度也很高，而以濕法工藝制備的PE隔膜閉孔溫度較低，熔斷溫度也較低。Celgard公司主要生產(chǎn)PP／PE雙層和PP／PE／PP 3層隔膜，3
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