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鋰電池對(duì)隔膜材料之要求 |
發(fā)布時(shí)間:2019-05-31 14:21:14 | 瀏覽次數(shù): |
(此文為轉(zhuǎn)載,如牽涉到版權(quán)問(wèn)題,請(qǐng)聯(lián)系) 隔膜是鋰離子電池的重要材料,它體現(xiàn)兩種重要的功能:一是保證電池安全;二是使電池與充放電相關(guān)的功能得以實(shí)現(xiàn)。
它主要基于電極材料體系的發(fā)展和優(yōu)化;而電池的容量發(fā)揮、倍率性能、循環(huán)壽命、充電電位、首次庫(kù)侖效率、自放電、高低溫特性、內(nèi)短路和析鋰等重要特性,都與隔膜材料的特性和品質(zhì)相關(guān)。
隔膜根本的作用就是隔離正極片和負(fù)極片,避免短路。同時(shí),基于鋰離子電池的工作機(jī)制:充電時(shí)鋰離子從正極材料中脫出、穿過(guò)隔膜遷移插入到負(fù)極材料的層狀結(jié)構(gòu)間;放電時(shí)鋰離子從負(fù)極材料脫出、反向穿過(guò)隔膜重新遷移嵌入正極材料中。
目前商品化的鋰電隔膜主要有兩類:一種是用機(jī)械拉伸造孔工藝制造的聚烯烴隔膜(PP、PE、PP/PE/PP);另一類是無(wú)紡布/陶瓷顆粒復(fù)合隔膜。
為增強(qiáng)聚烯烴隔膜的安全性而發(fā)展的陶瓷涂布(或其它類型的涂布),是對(duì)第一類隔膜性能的補(bǔ)足。高比能、高功率動(dòng)力電池的研究和工業(yè)化給隔膜的發(fā)展提出了很高的要求,高安全性、耐高電壓的優(yōu)質(zhì)隔膜一直是鋰電材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
但是,目前還沒(méi)有新型隔膜真正進(jìn)入工業(yè)化制造階段。
全球范圍內(nèi),鋰電隔膜的主要市場(chǎng)集中在日本、中國(guó)、韓國(guó)和美國(guó);而領(lǐng)先的生產(chǎn)技術(shù)基本掌握在日本和美國(guó)的少數(shù)企業(yè)手中。但隨著2015年旭化成收購(gòu)Celgard,日本成為鋰電隔膜制造業(yè)的領(lǐng)跑者。
我國(guó)2016年隔膜需求量約為20億m2,產(chǎn)量12億m2左右,進(jìn)口比例約占40%;而高端動(dòng)力電池隔膜的進(jìn)口率更高,達(dá)70%。
2017年全球隔膜產(chǎn)量估算在23.8億m2左右,同比增長(zhǎng)25.3%,其中干法隔膜占比42%,濕法隔膜占比58%,全球鋰電池隔膜增速較快,由于下游需求的增長(zhǎng),預(yù)計(jì)全球市場(chǎng)規(guī)模將保持20%以上的增長(zhǎng)。 鋰離子電池對(duì)隔膜材料的要求隔膜的性能影響電池極片與隔膜的界面、電解質(zhì)的保持、鋰離子的傳導(dǎo)、電池內(nèi)阻、充放電性能、循環(huán)壽命、安全性能等。通常,對(duì)隔膜的性能有如下要求。
①均勻性,包括厚度均勻、張力均勻、微孔分布的均勻性等;②一致性,指產(chǎn)品質(zhì)量的批次一致性;③在保證安全的前提下,降低隔膜厚度,提高電池的能量密度/功率密度;
④提高孔隙率到合理范圍,改善電池的倍率性能;⑤優(yōu)化的孔徑分布;⑥提高耐熱性,保證電池異常發(fā)熱時(shí)隔膜不發(fā)生大比例收縮;⑦有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂拉伸比例,保證在外力作用時(shí)的可靠性;
⑧提高耐氧化性,保證電池壽命以及對(duì)高電壓工況的適用性;⑨提供可以對(duì)電池形成有效保護(hù)的閉孔溫度;⑩化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性;耐擊穿電壓高;含水量低(降低電解液分解,提高電池的成品率)。 關(guān)于隔膜表面的陶瓷涂覆隨著隔膜的厚度越做越薄,陶瓷涂覆已經(jīng)成為一種必選的附加工藝。單面涂或者雙面涂、對(duì)稱涂布或者不對(duì)稱涂布、涂層厚度、涂布層的面密度和顆粒直徑、黏結(jié)劑和其它添加成分,都是影響涂覆隔膜性能的變量。
而涉及涂層的各種因素將對(duì)隔膜性能產(chǎn)生非常復(fù)雜的影響。但是,這一領(lǐng)域目前還沒(méi)有相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的信息。 隔膜產(chǎn)品未來(lái)展望膜企一直關(guān)注的是隔膜的物理特性,而作為用戶的電池制造企業(yè)關(guān)注的則是隔膜在電池中的應(yīng)用效果。所以,二者考慮隔膜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點(diǎn)和要求不同。
我們需要充分認(rèn)識(shí)到電池制造工藝的復(fù)雜性以及影響電池性能因素的復(fù)雜性。對(duì)于特性型號(hào)的電池而言,隔膜材料的選型非常重要。選對(duì)適合的材料和規(guī)格,是制造出高品質(zhì)電池的必要條件。
隨著鋰電池產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,業(yè)內(nèi)對(duì)隔膜的需求也在不斷提高。應(yīng)合理引導(dǎo)隔膜企業(yè)向提高產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)范生產(chǎn),提升企業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的方向發(fā)展。 |
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