鋰離子電池隔膜簡介

鋰離子全固態(tài)電池的普及還有很長的路要走，而今年拐點已到的半固態(tài)電池還需要傳統(tǒng)的隔膜來隔離正負極，導離子絕緣電子，隨著市場需求的越來越高：高比能、長壽命、快充、高安全、低成本、產品一致性，對隔膜的要求也越來越高，今天我們就來聊一下鋰離子電池的隔膜。功能性電池的隔膜一般由：基膜+涂覆層組成，對隔膜的要求有：a.有一定的機械強度，保證在電池變形條件下不破裂；b.具有良好的離子透過能力，以降低電池內阻；c.優(yōu)良的電子絕緣性，以保證電極間有效的隔離；d.具備抗化學及電化學腐蝕的能力，在電解液中穩(wěn)定性好；e.吸收電解液的能力強；f.成本低，適于大規(guī)模工業(yè)化生產；g.雜質含量少，性能穩(wěn)定。隔膜的分類如下：大類分為干法與濕法工藝（干法隔膜的孔直，倍率性能好，但濕法隔膜的其他綜合方面的電性能明顯優(yōu)于干法隔膜）：干法單向拉伸：制造工藝：類似于硬彈性纖維方法-晶片分離，原料選擇方面有PP（聚丙烯），PE（聚乙烯）分子高的原材料拉伸/穿刺強度高但加工流動性差，分子量低的反之。干法雙向拉伸：制造工藝：在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型成核劑，形成特定的β晶型，然后在雙向拉伸的過程中發(fā)生β晶型向α晶型的轉變，晶體體積收縮產生微孔，孔的形成原理為晶型轉變。原料選擇方面有PP（聚丙烯），β晶型成核劑。濕法隔膜：制造工藝為熱致相分離法，工藝如下：關鍵工序如下：投料配比（PP:oil）影響生產過程的穩(wěn)定性，孔隙率大小及厚度的均勻性；熔融擠出：選擇塑化及混合效果好的擠出機，影響生產穩(wěn)定性及性能均勻性；冷卻鑄片：將熔體冷卻形成厚片，影響聚合物的結晶及相分離；MD/TD拉伸：產生相分離，使分子鏈取向，影響孔徑大小分布，機械強度，熱收縮等；萃取工藝：將小分子從油膜中萃取出來；熱定型：影響隔膜熱收縮，孔隙率，厚度；電鏡圖如下：隔膜涂覆介紹：一：油性涂覆：（1）油性浸涂（效率低＜5m/min，透氣值增加約40-60%）

（2）油性輥涂

二：水性涂覆：

（1）水性輥涂（2）水性噴涂（3）水性點涂其中輥涂對比噴涂容易堵孔，造成透氣值變大。三種水性隔膜涂覆對比如下：隔膜主流的涂覆層有：陶瓷，PVDF，PMMA，膠一般是涂敷在陶瓷上對膠起一定的制程作用，有混涂及單層疊加涂覆（對比混涂，分步涂覆能提高電池的硬度和平整度，安全性能優(yōu)于混涂，而且混圖一般是油性涂覆，混涂陶瓷的剛性作用會降低）其中陶瓷層的選擇有氧化鋁及勃姆石：隔膜氧化鋁是一種高硬度的化合物，熔點2054℃，沸點為2980℃，氧化鋁作為一種無機物，具有很高的熱穩(wěn)定性及化學惰性，是電池隔膜陶瓷涂層的很好選擇。具有如下優(yōu)點：1、循環(huán)壽命長2、高純氧化鋁還具有非常優(yōu)良的導熱性能3、良好浸潤性4、高純納米氧化鋁材料還具有優(yōu)良的阻燃性。而勃姆石對比氧化鋁優(yōu)勢如下：1、勃姆石具有耐熱溫度高，與有機物相容性好。2、勃姆石的硬度低，在切割和涂覆過程中，對機械的磨損小，能夠降低設備磨損和異物帶入風險的同時，在成本上相對于高純氧化鋁來說更低。3、涂覆平整度高、內阻小。4、勃姆石比重小，同樣重量比高純氧化鋁多涂覆25%的面積。5、勃姆石的吸水率僅是高純氧化鋁的一半。涂膠層的選擇有PVDF及PMMA（其中PVDF的熔點170攝氏度，PMMA又稱亞克力膠熔點150攝氏度）：二者的區(qū)別有：PMMA相比PVDF的粘結力