鋰電池隔膜工藝概況

鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開(kāi)來(lái)，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過(guò)的功能。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，其物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對(duì)于鋰電池系列，由于電解液為有機(jī)溶劑體系，因而需要有耐有機(jī)溶劑的隔膜材料，一般采用高強(qiáng)度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

隔膜的分類和性能要求

根據(jù)不同物理、化學(xué)特性，鋰電池隔膜材料可分為：織造膜、非織造膜（無(wú)紡布）、微孔膜、復(fù)合膜、阻隔紙、碾壓膜等幾類；聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)廉價(jià)的特點(diǎn)，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開(kāi)發(fā)便被用作鋰電池隔膜。

• 具有良好的電子絕緣性，能夠有效對(duì)正負(fù)極的機(jī)械隔離；

• 具備一定的孔徑和孔隙率，低阻隔和高離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)率；

• 由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性

• 對(duì)電解液的浸潤(rùn)性好，并具有足夠的吸液保濕力；

• 在厚度盡可能薄的情況下，具備足夠力學(xué)性能，如穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；

• 空間穩(wěn)定性和平整性好；

• 熱穩(wěn)定性好、自動(dòng)關(guān)斷性好；

• 動(dòng)力電池對(duì)隔膜要求更高，通常采用復(fù)合膜。

隔膜的生產(chǎn)工藝

隔膜的生產(chǎn)工藝包括濕法工藝和干法工藝，同時(shí)干法工藝又可分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。

干法單向拉伸工藝是通過(guò)生產(chǎn)硬彈性纖維的方法，制備出低結(jié)晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，再高溫退火獲得高結(jié)晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進(jìn)行拉伸形成微缺陷，然后在高溫下使缺陷拉開(kāi)，形成微孔。其主要優(yōu)點(diǎn)包括工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、附加值高、無(wú)環(huán)境污染。其主要缺點(diǎn)包括：孔徑及孔隙率較難控制；拉伸比較小，只有約1~3；低溫拉伸時(shí)容易導(dǎo)致隔膜穿孔；產(chǎn)品不能做得很薄。

濕法工藝將液態(tài)烴或一些小分子物質(zhì)與聚烯烴樹(shù)脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進(jìn)行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時(shí)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。其主要優(yōu)點(diǎn)包括：隔膜孔徑范圍比較小而均勻；雙向拉伸強(qiáng)度更高；能夠生產(chǎn)出更薄的薄膜。

干法和濕法工藝比較

從目前市場(chǎng)來(lái)看，干法工藝和濕法工藝技術(shù)目前已經(jīng)基本成熟，但相比市場(chǎng)上濕法工藝而言，干法工藝國(guó)內(nèi)外廠家較多，競(jìng)爭(zhēng)較激烈。從工藝制備方面濕法工藝相比干法工藝在工序也更復(fù)雜投入也相對(duì)較大，相關(guān)情況如下表：

而且干濕法工藝有較大區(qū)別，其隔膜性能也有一些區(qū)別，相關(guān)差異如下表顯示：

總言之，隨著新能源汽車及消費(fèi)電子的市場(chǎng)擴(kuò)大，隔膜市場(chǎng)也保持高速增長(zhǎng)，但鋰電池隔膜屬于高投入行業(yè)高技術(shù)行業(yè)，企業(yè)必須有濃厚的技術(shù)工藝背景和較大的資金實(shí)力。從產(chǎn)品和工藝技術(shù)來(lái)看，聚烯烴微孔膜以其特殊的結(jié)構(gòu)與性能，在液態(tài)鋰電池中占據(jù)了絕對(duì)的主導(dǎo)地位，隨著鋰電池性能要求的提高，隔膜的制備方法呈多樣化，制備工藝不斷完善，改性技術(shù)被廣泛研究。