《鋰離子電池隔膜》ppt課件

1、鋰離子電池隔膜根底知識(shí)鋰離子電池隔膜根底知識(shí)l鋰離子電池隔膜簡(jiǎn)介鋰離子電池隔膜簡(jiǎn)介l鋰離子電池隔膜消費(fèi)工藝鋰離子電池隔膜消費(fèi)工藝l隔膜市場(chǎng)現(xiàn)狀隔膜市場(chǎng)現(xiàn)狀l隔膜部分消費(fèi)設(shè)備隔膜部分消費(fèi)設(shè)備 在鋰離子電池中，隔膜的作用主要有兩個(gè)方面：一方面起到分隔正、負(fù)極，防止短路的作用；另一方面，隔膜可以讓鋰離子經(jīng)過(guò)，構(gòu)成充放電回路。 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)運(yùn)用壽命以及平安性能。隔膜越薄，孔隙率越高，電池內(nèi)阻越小，高倍率放電性能越好，性能優(yōu)良的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。鋰離子電池隔膜作用表示圖鋰離子電池隔膜實(shí)物圖l具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；l有一定的孔徑和孔

2、隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)性；l耐電解液腐蝕，電化學(xué)穩(wěn)定性好；l對(duì)電解液的浸潤(rùn)性好并具有足夠的吸液保濕才干；l具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；l空間穩(wěn)定性和平整性好；l熱穩(wěn)定性和自動(dòng)關(guān)斷維護(hù)性能好。厚度 對(duì)于耗費(fèi)型鋰離子電池手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)中運(yùn)用的電池，25微米的隔膜逐漸成為規(guī)范。然而，由于人們對(duì)便攜式產(chǎn)品的運(yùn)用的日益增長(zhǎng)，更薄的隔膜，比如說(shuō) 20 微米、18 微米、16 微米、甚至更薄的隔膜開(kāi)場(chǎng)大范圍的運(yùn)用。 對(duì)于動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，由于裝配過(guò)程的機(jī)械要求，往往需求更厚的隔膜，當(dāng)然對(duì)于動(dòng)力用大電池，平安性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時(shí)意

3、味著更好的平安性，EV/HEV運(yùn)用的是厚度為40微米左右的隔膜。透氣率 MacMullin 數(shù) ：含電解液的隔膜的電阻率和電解液本身的電阻率之間的比值 。此數(shù)值越小越好，耗費(fèi)型鋰離子電池的這個(gè)數(shù)值為接近 8。 Gurley 數(shù) ：一定體積的氣體，在一定壓力條件下經(jīng)過(guò)一定面積的隔膜所需求的時(shí)間。與隔膜裝配的電池的內(nèi)阻成正比，即該數(shù)值越大，那么內(nèi)阻越大。 單純比較兩種不同隔膜的 Gurley 數(shù)是沒(méi)有意義的，由于能夠兩種隔膜的微觀(guān)構(gòu)造完全不一樣；但同一種隔膜的 Gurley 數(shù)的大小能很好的反響出內(nèi)阻的大小，由于同一種隔膜相對(duì)來(lái)說(shuō)微觀(guān)構(gòu)造是一樣的或可比較的。 浸潤(rùn)度 為保證電池的內(nèi)阻不是太大，要求

4、隔膜是可以被電池所用電解液完全浸潤(rùn)，這與隔膜資料本身和隔膜的外表及內(nèi)部微觀(guān)構(gòu)造相關(guān)。 粗略判別：取典型電解液如 EC：DMC=1:1，1M LiPF6，滴在隔膜外表，看能否液滴會(huì)迅速消逝被隔膜吸收 。 準(zhǔn)確判別：用超高時(shí)間分辨的攝像機(jī)記錄從液滴接觸隔膜到液滴消逝的過(guò)程，計(jì)算時(shí)間，經(jīng)過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)比較兩種隔膜的浸潤(rùn)度。 化學(xué)穩(wěn)定性 要求隔膜在電化學(xué)反響中是惰性的，且對(duì)強(qiáng)復(fù)原、強(qiáng)氧化不活潑，機(jī)械強(qiáng)度不衰減，不產(chǎn)生雜質(zhì)。普通以為，目前隔膜用資料PE或PP可滿(mǎn)足化學(xué)惰性要求。 孔徑 防止電極顆粒直接經(jīng)過(guò)隔膜 ，要求隔膜孔徑為0.01-0.1m,小于0.01m時(shí)，鋰離子穿透才干太小，大于0.1m時(shí)，電池

5、內(nèi)部枝晶生成時(shí)電池易短路。 目前所運(yùn)用的電極顆粒普通在 10 微米的量級(jí)，而所運(yùn)用的導(dǎo)電添加劑那么在 10 納米的量級(jí)，不過(guò)很僥幸的是普通碳黑顆粒傾向于聚會(huì)構(gòu)成大顆粒。普通來(lái)說(shuō)，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接經(jīng)過(guò)，當(dāng)然也不排除有些電極外表處置不好，粉塵較多導(dǎo)致的一些諸如微短路等情況。穿刺強(qiáng)度 穿刺強(qiáng)度：在一定的速度每分鐘 3-5 米下，讓一個(gè)沒(méi)有銳邊緣的直徑為1mm 的針刺向環(huán)狀固定的隔膜，為穿透隔膜所施加在針上的最大力。 由于測(cè)試的時(shí)候所用的方法和實(shí)踐電池中的情況有很大的差別，直接比較兩種隔膜的穿刺強(qiáng)度不是特別合理，但在微構(gòu)造一定的情況下，相對(duì)來(lái)說(shuō)穿刺強(qiáng)度高的，其裝配不良率低。但單純

6、追求高穿刺強(qiáng)度，必然導(dǎo)致隔膜的其他性能下降。熱穩(wěn)定性 隔膜需求在電池運(yùn)用的溫度范圍內(nèi)-2060堅(jiān)持熱穩(wěn)定。普通來(lái)說(shuō)目前隔膜運(yùn)用的PE或PP資料均可以滿(mǎn)足上述要求。 通常，真空條件下，90恒溫60分鐘，隔膜橫向縱向收縮應(yīng)小于5%。熱封鎖溫度 熱封鎖溫度：將模擬電池兩平面電極中間夾一隔膜，運(yùn)用通用鋰離子電池用電解液加熱，當(dāng)內(nèi)阻提高三個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)的溫度。 閉孔溫度：外部短路或非正常大電流經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的熱量使隔膜微孔閉塞時(shí)的溫度。 熔融破裂溫度：將隔膜加熱，當(dāng)溫度超越試樣熔點(diǎn)使試樣發(fā)生破裂時(shí)的溫度?？紫堵?大多數(shù)鋰離子電池隔膜孔隙率在30%-50%之間?？紫堵实拇笮『蛢?nèi)阻有一定的關(guān)系，但不同種隔膜之間的空

7、隙率的絕對(duì)值無(wú)法直接比較。 聚烯烴資料具有優(yōu)良的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)廉價(jià)的特點(diǎn)。隔膜基體資料主要包括聚丙烯、聚乙烯資料和添加劑。隔膜所采用基體資料對(duì)隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤(rùn)度有直接的聯(lián)絡(luò)。雖然近年來(lái)有研討用聚偏氟乙烯、纖維素復(fù)合膜等資料制備鋰離子電池隔膜，但至今商品化的電池隔膜資料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。基體資料基體資料造孔工程技術(shù)造孔工程技術(shù)消費(fèi)工藝干法濕法單向拉伸工藝雙向拉伸工藝造孔工程技術(shù)造孔工程技術(shù)干法單向拉伸工藝干法單向拉伸工藝 干法單向拉伸工藝是經(jīng)過(guò)消費(fèi)硬彈性纖維的方法，制備出低結(jié)晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結(jié)晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫

8、下進(jìn)展拉伸構(gòu)成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開(kāi)，構(gòu)成微孔。 該工藝經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)展在美國(guó)、日本曾經(jīng)非常成熟，如今美國(guó)Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝消費(fèi)單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復(fù)合膜。由于受?chē)?guó)外專(zhuān)利維護(hù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的制約，國(guó)內(nèi)采用單向拉伸方法制備隔膜的工業(yè)化進(jìn)展很慢。 用這種方法消費(fèi)的隔膜具有扁長(zhǎng)的微孔構(gòu)造，由于只進(jìn)展單向拉伸，隔膜的橫向強(qiáng)度比較差,但正是由于沒(méi)有進(jìn)展橫向拉伸,橫向幾乎沒(méi)有熱收縮。干法單拉干法單拉 PP PP 的微孔構(gòu)造的微孔構(gòu)造20,00020,000倍倍造孔工程技術(shù)造孔工程技術(shù)干法雙向拉伸工藝干法雙向拉伸工藝干法雙向拉伸工藝是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研討所在

9、20世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝CN1062357。經(jīng)過(guò)在聚丙烯中參與具有成核作用的晶型改良劑，利用聚丙烯不同相態(tài)間密度的差別，在拉伸過(guò)程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變構(gòu)成微孔。干法雙拉干法雙拉 PE PE 的微孔構(gòu)造的微孔構(gòu)造 20,00020,000倍倍微孔尺寸分布均勻微孔尺寸分布均勻膜厚度范圍寬膜厚度范圍寬橫向拉伸強(qiáng)度好橫向拉伸強(qiáng)度好抗穿刺強(qiáng)度高抗穿刺強(qiáng)度高更適宜動(dòng)力電池更適宜動(dòng)力電池造孔工程技術(shù)濕法濕法 濕法又稱(chēng)相分別法或熱致相分別法，將高沸點(diǎn)小分子作為致孔劑添加到聚烯烴中，加熱熔融成均勻體系，然后降溫發(fā)生相分別，拉伸后用有機(jī)溶劑萃取出小分子，可制備出相互貫穿的微孔膜資料。 采用該法的

10、具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國(guó)Entek等，目前主要用于單層的PE隔膜。濕法濕法 PE PE 的微孔構(gòu)造的微孔構(gòu)造20,00020,000倍倍雖然孔隙率和透氣性可控范圍大，但由于濕法工藝需求耗費(fèi)大量的有機(jī)溶劑，一方面要思索溶劑的回收利用，工藝復(fù)雜度添加，使本錢(qián)添加，另一方面，污染環(huán)境。從干、濕兩種方法上看，干法雙向拉伸工藝消費(fèi)的隔膜在物理性能、機(jī)械性能方面更占優(yōu)勢(shì)，可以滿(mǎn)足動(dòng)力電池大電流充放電的要求。所以，干法雙向拉伸工藝消費(fèi)的隔膜更合順運(yùn)用于電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池。復(fù)合隔膜復(fù)合隔膜 此種隔膜有兩層此種隔膜有兩層PP/PEPP/PE隔膜、三層隔膜、三層(PP/PE/PP(PP/PE/PP

11、隔膜。隔膜。三層膜在溫度升高時(shí)，中部的三層膜在溫度升高時(shí)，中部的PEPE在在130130度熔化收縮呵斥熱封鎖，度熔化收縮呵斥熱封鎖，但是由于外部的但是由于外部的PPPP熔化溫度為熔化溫度為160160度，隔膜還可以堅(jiān)持一定的度，隔膜還可以堅(jiān)持一定的平安性，因此三層膜也較適用平安性，因此三層膜也較適用于動(dòng)力電池。目前于動(dòng)力電池。目前CelgardCelgard與與UBEUBE掌握此種技術(shù)及專(zhuān)利權(quán)。掌握此種技術(shù)及專(zhuān)利權(quán)。隔膜性能對(duì)電池性能的影響隔膜性能對(duì)電池性能的影響國(guó)內(nèi)隔膜的總體程度落后國(guó)內(nèi)隔膜的總體程度落后 國(guó)內(nèi)由于多方面技術(shù)上的綜合差距，不能到達(dá)國(guó)外一樣的精細(xì)控制。產(chǎn)品差距主要在于厚度、強(qiáng)度、孔隙率等目的不能得到整體兼顧，且量產(chǎn)批次穩(wěn)定性較差。 因此研討開(kāi)發(fā)低本錢(qián)、制造工藝簡(jiǎn)單、孔徑尺寸適當(dāng)、空隙率高、機(jī)械強(qiáng)度能滿(mǎn)足要求的微孔聚合物隔膜對(duì)于提高電池性能和降低電池本錢(qián)具有重要的實(shí)踐意義。 全球主要隔膜消費(fèi)企業(yè)產(chǎn)能分布全球主要隔膜消費(fèi)企業(yè)產(chǎn)能分布20212021年年廠(chǎng)商美國(guó)Celgard宇部UBE格瑞恩佛山金輝星源材質(zhì)新時(shí)科技產(chǎn)能Mm2/年 110