鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:889次 | 2021年06月09日
鋰離子電池隔膜技術(shù)發(fā)未來的發(fā)展方向
人類社會(huì)的進(jìn)步離不開社會(huì)上各行各業(yè)的努力,各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設(shè)計(jì)者的努力,其實(shí)很多人并不會(huì)去了解電子產(chǎn)品的組成,比如鋰離子電池隔膜。
鋰離子電池的隔膜性能隔膜位于正極和負(fù)極之間,重要用途是將正負(fù)極活性物質(zhì)分隔開,防止兩極因接觸而短路;此外在電化學(xué)反應(yīng)時(shí),能保持必要的電解液,形成離子移動(dòng)的通道。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的,電池的種類不同,采用的隔膜也不同。關(guān)于鋰離子電池,由于電解液為有機(jī)溶劑體系,其隔膜要求具有以下性能。近年來,將聚合物電解質(zhì)用于鋰離子電池已實(shí)現(xiàn)了商品化,聚合物電解質(zhì)在鋰離子電池中既是離子遷移的通道,又起到正負(fù)極材料間的隔膜用途。
隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵內(nèi)層組件之一,重要功能是隔離正負(fù)極并阻止電子穿過,同時(shí)能夠允許離子通過,從而完成在充放電過程中鋰離子在正負(fù)極之間的快速傳輸。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及電池安全性能的好壞。隔膜越薄、孔隙率越高,電池的內(nèi)阻越小,高倍率放電性能就越好,因此,隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有十分重要的用途。
鋰離子電池隔膜技術(shù)路線重要分為干法與濕法兩種,干法成本較低但不適合高比能量電池,濕法更薄能夠滿足動(dòng)力鋰離子電池對(duì)高比能量的要求,但是成本較貴。2017年濕法隔膜的產(chǎn)量超過了干法隔膜。未來發(fā)展:薄型化隔膜。隨著動(dòng)力鋰離子電池比能量快速提升,16微米、12微米甚至8微米的隔膜開始應(yīng)用,而濕法工藝制成的隔膜能夠達(dá)到要求。而隨著新能源汽車補(bǔ)貼的減少以及干法隔膜工藝的逐步改進(jìn),干法隔膜在三元電池占比逐步提升。
涂層(或復(fù)合)隔膜是當(dāng)今隔膜應(yīng)用發(fā)展的重點(diǎn)。在隔膜表面上使用涂層可以帶來明顯的好處。首先,它提高了膜片的熱穩(wěn)定性;其次,它提高了隔膜對(duì)電解質(zhì)的潤濕性。,有利于減小電池的內(nèi)阻,新增放電功率;另外,可以防止或減少隔膜的氧化,有利于配合高壓陽極的工作,延長電池的循環(huán)壽命。涂層材料重要包括:氧化鋁,勃姆石,pVDF,pVDF+HFp,納米復(fù)合材料,芳綸等。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在鋰離子電池的結(jié)構(gòu)中,隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)部組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)和內(nèi)阻,并直接影響電池的容量,循環(huán)和安全性能。具有優(yōu)異性能的隔膜在改善電池的整體性能方面起著重要用途。隔板的重要功能是將電池的正極和負(fù)極分開,以防止兩極接觸和短路,并且還具有允許電解質(zhì)離子通過的功能。隔膜材料是不導(dǎo)電的,其物理和化學(xué)性質(zhì)對(duì)電池的性能影響很大。不同類型的電池具有不同的隔板。關(guān)于鋰離子電池系列,由于電解質(zhì)是有機(jī)溶劑體系,因此要耐有機(jī)溶劑的隔板材料。通常,使用高強(qiáng)度的薄膜聚烯烴多孔膜。
鋰離子電池隔膜的性能指標(biāo)相互制約,相互影響。所有分離器制造商都在尋找它們的最佳組合。沒有具有最佳指示符的分隔符。因此,有必要關(guān)注電氣性能,安全性能和規(guī)模。在化工生產(chǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中找到平衡點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的隔膜越來越薄,因此有必要在隔膜上涂上膠水或陶瓷以滿足熱穩(wěn)定性和拉伸強(qiáng)度的要求。
根據(jù)不同的物理和化學(xué)性質(zhì),鋰離子電池隔板材料可分為編織膜,無紡膜(無紡布),微孔膜,復(fù)合膜,膜紙和層壓膜。聚烯烴材料具有出色的機(jī)械性能,化學(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)便宜的特性。因此,在鋰離子電池研究和開發(fā)的早期,諸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烴微孔膜已被用作鋰離子電池隔板。盡管近年來已經(jīng)進(jìn)行了使用其他材料制備鋰離子電池隔膜的研究,例如使用聚偏二氟乙烯(pVDF)作為本體聚合物的相轉(zhuǎn)化法來制備鋰離子電池隔膜,以及纖維素復(fù)合膜作為鋰離子電池的研究。然而,到目前為止,商用鋰離子電池隔膜材料仍重要使用聚乙烯和聚丙烯微孔膜。