锂電池隔膜制造工藝有哪些優缺點?
锂離子電池隔膜使用的基体材料是聚烯烃,聚烯烃具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点。隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以及与电解液的浸润度有直接的联系。尽管近年来有研究用聚偏氟乙烯、纤维素复合膜等材料制备锂離子電池隔膜,但至今商品化的电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。


锂離子電池隔膜造孔工程技术主要有湿法和干法,干法又有单向拉伸工艺和双向拉伸工艺这两种。
1、锂離子電池隔膜生产的湿法工艺
濕法又稱相分離法或熱致相分離法,將高沸點小分子作爲致孔劑添加到聚烯烴中,加熱熔融成均勻體系,然後降溫發生相分離,拉伸後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,目前主要用于單層的PE隔膜。
雖然孔隙率和透氣性可控範圍大,但由于濕法工藝需要消耗大量的有機溶劑,一方面要考慮溶劑的回收利用,工藝複雜度增加,使成本增加,另一方面,汙染環境。
2、锂離子電池隔膜生产的干法双向拉伸工艺
幹法雙向拉伸工藝是中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産權的工藝。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的
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、锂離子電池隔膜生产的干法单向拉伸工艺
幹法單向拉伸工藝是通過生産硬彈性纖維的方法,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,然後高溫下使缺陷拉開,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産單層PP、PE以及三層PP/PE/PP複合膜。由于受國外專利保護及知識産權方面的制約,國內采用單向拉伸方法制備隔膜的工業化進展很慢。
用這種方法生産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。
從幹、濕兩種方法上看,幹法雙向拉伸工藝生産的隔膜在物理性能、機械性能方面更占優勢能夠滿足動力電池大電流充放電的要求。所以,幹法雙向拉伸工藝生産的隔膜更適合應用于電動汽車用動力電池。
複合隔膜
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熔化溫度爲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電池。目前Celgard與UBE掌握此種技術及專利權。
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