锂离子电池隔膜生产工艺

锂离子电池隔膜生产工艺

锂离子电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离子电池隔膜,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。

锂离子电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、锂离子电池隔膜生产的湿法工艺

湿法又称相分离法或热致相分离法,将高沸点小分子作为致孔剂添加到聚烯烃中,加热熔融成均匀体系,然后降温发生相分离,拉伸后用有机溶剂萃取出小分子,可制备出相互贯通的微孔膜材料。

锂离子电池隔膜生产的湿法工艺
锂离子电池隔膜生产的湿法工艺

采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等,目前主要用于单层的PE隔膜。

虽然孔隙率和透气性可控范围大,但由于湿法工艺需要消耗大量的有机溶剂,一方面要考虑溶剂的回收利用,工艺复杂度增加,使成本增加,另一方面,污染环境。

2、锂离子电池隔膜生产的干法双向拉伸工艺

干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发出的具有自主知识产权的工艺。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的

锂离子电池隔膜生产的干法双向拉伸工艺
锂离子电池隔膜生产的干法双向拉伸工艺

β晶型改进剂,利用聚丙烯不同相态间密度的差异,在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔。

3、锂离子电池隔膜生产的干法单向拉伸工艺

干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷,然后高温下使缺陷拉开,形成微孔。

锂离子电池隔膜生产的干法单向拉伸工艺

该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟,现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。由于受国外专利保护及知识产权方面的制约,国内采用单向拉伸方法制备隔膜的工业化进展很慢。

用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构,由于只进行单向拉伸,隔膜的横向强飞较差,但正是由于没有进行横向拉伸,横向几乎没有热收缩。

从干、湿两种方法上看,干法双向拉伸工艺生产的隔膜在物理性能、机械性能方面更占优势能够满足动力电池大电流充放电的要求。所以,干法双向拉伸工艺生产的隔膜更适合应用于电动汽车用动力电池。

复合隔膜

此种隔膜有两层(PP/PE)隔膜、三层(PP/PE/PP)隔膜。三层膜在温度升高时,中部的PE在130度熔化收缩造成热关闭,但是由于外部的PP熔化温度为160度,隔膜还可以保持一定的安全性,因此三层膜也较适用于动力电池。目前Celgard与UBE掌握此种技术及专利权。

  隔膜性能对电池性能的影响

隔膜性能对电池性能的影响

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注