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鋰離子電池隔膜技術發展路線
2016-11-15 14:39:00   來源:    點擊:

                                                                                                                                                                      

         鋰離子電池隔膜是指在鋰離子電池正極與負極中間的聚合物隔膜,主要作用是使電池的正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路,同時具有能使電解質離子通過的功能,其性能決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環以及安全性能。

       動力型電池要求鋰離子電池具有更大的容量、更高的電壓、更長的循環性能、更好的安全性能、長時間穩定輸出的均一性能以及為汽車提供瞬間加速的大倍率放電性能。因此作為動力電池的隔膜,要求具有高孔隙率、良好的浸潤性、較高的強度、良好的熱尺寸穩定性、合適的熱關閉溫度和很高的熱熔化溫度等。

       1、短期來看,提升鋰離子電池隔膜性能主要從工藝方面著手。
        當前市場化的聚烯烴隔膜制備工藝有干法和濕法兩種技術路線。干法制膜工藝生產過程控制技術要求高,雙向拉伸設備造價昂貴,固定資產投入大。濕法制膜工藝相對要求較低,設備投入較小,但需要大量有機溶劑對膜進行萃取,而有機溶劑的使用致使成本較高并存在環境污染問題。
 
        就目前的技術工藝發展情況,陶瓷涂覆工藝是提升隔膜品質的一種有效方式,現在大部分企業已經開始采用陶瓷涂覆,特斯拉就是其中典型代表。當前干法單拉多層復合膜是國內動力鋰電池的主要選擇,對應磷酸鐵鋰正極材料。而三元材料應用提升,濕法涂覆膜可能成為未來的發展趨勢。這主要是:(1)濕法隔膜加上涂覆之后能明顯改善電池的熱穩定性;(2)干法隔膜在做跌落、碰撞和穿刺測試時,起火率超過80%,而陶瓷涂覆隔膜基本不會出現起火現象,安全性得到大幅提高。
 
        2、隔膜材料種類多元化。
        目前商用的鋰離子電池隔膜大多為聚烯烴類,而一些綜合性能更為優異的聚合物材料逐漸應用于隔膜產品,例如聚偏氟乙烯(PVDF)聚酰亞胺(PI)芳綸和纖維素等,這也是有效提升隔膜性能的一種方法。
 
        3、隔膜結構形態調控。
        更小的孔尺寸、更高的孔隙率以及內部互通的開孔結構有利于提高鋰電池的離子遷移率。非紡織造布技術,包括熔融紡絲、溶液紡絲、靜電紡絲等工藝,具有孔隙率高、納米纖維尺寸小、厚度較均勻等優點,通過工藝的優化基本可以滿足鋰離子電池隔膜的需求。然而新工藝也存在不足,相比于傳統多孔膜,靜電紡絲膜往往力學性能較差,同時生產效率較低,成本較高,因此如何增強隔膜性能、提高生產效率、減低成本是目前急需克服的難題。
 
        4、長期來看,全固態鋰離子電池將由凝膠或者全固態電解質充當其隔膜角色,單純的隔膜將不再存在。(李明供稿)

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