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锂电池对隔膜材料之要求

发布时间:2019-05-31 14:21:14 | 浏览次数:

    (此文为转载,如牵涉到版权问题,请联系)

    隔膜是锂离子电池的重要材料,它体现两种重要的功能:一是保证电池安全;二是使电池与充放电相关的功能得以实现。


它主要基于电极材料体系的发展和优化;而电池的容量发挥、倍率性能、循环寿命、充电电位、首次库仑效率、自放电、高低温特性、内短路和析锂等重要特性,都与隔膜材料的特性和品质相关。


隔膜根本的作用就是隔离正极片和负极片,避免短路。同时,基于锂离子电池的工作机制:充电时锂离子从正极材料中脱出、穿过隔膜迁移插入到负极材料的层状结构间;放电时锂离子从负极材料脱出、反向穿过隔膜重新迁移嵌入正极材料中。


目前商品化的锂电隔膜主要有两类:一种是用机械拉伸造孔工艺制造的聚烯烃隔膜(PP、PE、PP/PE/PP);另一类是无纺布/陶瓷颗粒复合隔膜。

为增强聚烯烃隔膜的安全性而发展的陶瓷涂布(或其它类型的涂布),是对第一类隔膜性能的补足。高比能、高功率动力电池的研究和工业化给隔膜的发展提出了很高的要求,高安全性、耐高电压的优质隔膜一直是锂电材料研究领域的热点。


但是,目前还没有新型隔膜真正进入工业化制造阶段。


全球范围内,锂电隔膜的主要市场集中在日本、中国、韩国和美国;而领先的生产技术基本掌握在日本和美国的少数企业手中。但随着2015年旭化成收购Celgard,日本成为锂电隔膜制造业的领跑者。


我国2016年隔膜需求量约为20亿m2,产量12亿m2左右,进口比例约占40%;而高端动力电池隔膜的进口率更高,达70%。


2017年全球隔膜产量估算在23.8亿m2左右,同比增长25.3%,其中干法隔膜占比42%,湿法隔膜占比58%,全球锂电池隔膜增速较快,由于下游需求的增长,预计全球市场规模将保持20%以上的增长。 

锂离子电池对隔膜材料的要求

隔膜的性能影响电池极片与隔膜的界面、电解质的保持、锂离子的传导、电池内阻、充放电性能、循环寿命、安全性能等。通常,对隔膜的性能有如下要求。


①均匀性,包括厚度均匀、张力均匀、微孔分布的均匀性等;②一致性,指产品质量的批次一致性;③在保证安全的前提下,降低隔膜厚度,提高电池的能量密度/功率密度;


④提高孔隙率到合理范围,改善电池的倍率性能;⑤优化的孔径分布;⑥提高耐热性,保证电池异常发热时隔膜不发生大比例收缩;⑦有足够的机械强度和断裂拉伸比例,保证在外力作用时的可靠性;


⑧提高耐氧化性,保证电池寿命以及对高电压工况的适用性;⑨提供可以对电池形成有效保护的闭孔温度;⑩化学/电化学稳定性;耐击穿电压高;含水量低(降低电解液分解,提高电池的成品率)。

关于隔膜表面的陶瓷涂覆

随着隔膜的厚度越做越薄,陶瓷涂覆已经成为一种必选的附加工艺。单面涂或者双面涂、对称涂布或者不对称涂布、涂层厚度、涂布层的面密度和颗粒直径、黏结剂和其它添加成分,都是影响涂覆隔膜性能的变量。


而涉及涂层的各种因素将对隔膜性能产生非常复杂的影响。但是,这一领域目前还没有相关规范或标准的信息。

隔膜产品未来展望

膜企一直关注的是隔膜的物理特性,而作为用户的电池制造企业关注的则是隔膜在电池中的应用效果。所以,二者考虑隔膜质量标准的出发点和要求不同。


我们需要充分认识到电池制造工艺的复杂性以及影响电池性能因素的复杂性。对于特性型号的电池而言,隔膜材料的选型非常重要。选对适合的材料和规格,是制造出高品质电池的必要条件。


随着锂电池产业的迅速发展,业内对隔膜的需求也在不断提高。应合理引导隔膜企业向提高产品质量、规范生产,提升企业国际竞争力的方向发展。

 
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