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文檔簡介
鋰離子電池隔膜
基礎知識
技術部XXX
2012.03.09XX高科1.鋰離子電池隔膜
基礎知識技術部XX高科1.鋰離子電池概況自20世紀90年代初索尼公司開發(fā)成功鋰離子電池以來,鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)壽命長和電壓高等優(yōu)異的電性能而獲得了迅速的發(fā)展。目前已經廣泛應用于手機、便攜式電腦、照相機、攝像機等電子產品領域。鋰離子電池由正負極、電解質和隔膜組成。其中,隔膜的一個重要功能是隔離正負極并阻止電池內穿過,同時能夠允許離子的通過,從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池的放電容量和循環(huán)使用壽命。2鋰離子電池概況自20世紀90年代初索尼公司開發(fā)成功鋰離子電池隔膜及制法介紹
隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料。也叫電池隔膜、隔膜紙、多孔膜、離子交換膜、分離膜、離子滲透膜等。
生產方法:濕法、干法(單項拉伸、吹膜法、雙向拉伸)3隔膜及制法介紹隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料。也濕法介紹
濕法也叫熱致相分離法(TIPS),或者溶劑萃取成孔法,其化學原理是相分離?;具^程是指在高溫下將聚合物溶于高沸點、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液,然后降溫冷卻,導致溶液產生液-固相分離或液-液相分離,再選用揮發(fā)性試劑將高沸點溶劑萃取出來,經過干燥獲得一定結構形狀的高分子微孔膜。濕法生產的特點是產品均勻性好,安全性好
,機械性能良好,孔曲折度高。4濕法介紹濕法也叫熱致相分離法(TIPS),或者溶劑萃取成孔濕法產品的電鏡圖
濕法生產隔膜電鏡圖5濕法產品的電鏡圖濕法生產隔膜電鏡圖5濕法生產鋰離子電池隔膜
流程濕法鋰離子電池隔膜的生產工藝流程一般采取同步雙向拉伸工藝。工藝流程大致包括:投料配料、擠出塑化、過濾計量、鑄片冷卻、雙向拉伸、牽引切邊測厚、后處理、收卷檢驗、分切打包。6濕法生產鋰離子電池隔膜
流程濕法鋰離子電池隔膜的生產工藝流程濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解1.投料和配料系統(tǒng)薄膜生產的投料和配料的穩(wěn)定性直接關系到擠出過程的穩(wěn)定性、并且對厚片和薄膜的厚度產生重要的影響,從而影響到后續(xù)加工和產品的性能和質量,例如主料和成孔劑的比例是鋰離子電池隔膜微孔孔徑的大小及分布的影響因素之一。所以,投料和配料必須要得到比較高的精度保證。7濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解1.投料和配料系統(tǒng)7濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解2.擠出混合系統(tǒng)擠出混合系統(tǒng)是薄膜生產的核心環(huán)節(jié)之一。擠出混合的好壞,直接影響到后續(xù)工序的生產和最終的產品質量。擠出混合需要滿足如下的要求:(1)能夠具備較強的剪切塑化能力,讓主料快速、均勻的塑化;(2)能夠產生很好的混合效果,讓主料與成孔劑均勻混合:(3)能夠讓物料與擠出機之、司不打滑、不倒流、能夠穩(wěn)定進料。8濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解2.擠出混合系統(tǒng)8濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解3.鑄片冷卻系統(tǒng)鑄片冷卻是將從模頭出來的熔體經過激冷輥冷卻成為固態(tài)厚片的過程。鑄片冷卻起到的作用是:(1)冷卻熔體,形成厚片;(2)急冷熔體,降低厚片結晶度,防止球晶的形成;(3)急冷“塑料一成孔劑”混合物熔體,使成孔劑與聚烯烴產生熱致性相分離;(4)急冷厚片表面,使已產生相分離的大部分成孔劑被鎖在厚片里面,使成孔劑不容易流走和滲出。9濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解3.鑄片冷卻系統(tǒng)9濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解4.拉伸系統(tǒng)拉伸系統(tǒng)是薄膜生產的另一個核心環(huán)節(jié)。目的是使分子鏈在拉伸的過程中產生取向,從而改善和提高產品的應用性能或賦予產品以新的性能。經過雙向拉伸后的油膜,分子鏈得到了縱橫兩個方向取向,而成孔劑也均勻地分布在發(fā)生了取向的分子鏈之間。從熱力學上講這時鋰離子隔膜的微孔或微孔形狀已經是形成了,只是成孔劑還仍然占據了孔的位置,堵住了隔膜的孔眼,使得微孔還沒有呈現(xiàn)出來.10濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解4.拉伸系統(tǒng)10濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解5.收卷系統(tǒng)鋰離子隔膜的油膜由于成孔劑的存在,收卷張力過小容易造成打滑跑偏,而張力過大又會造成縱向碰得太緊產生縱皺,影響后續(xù)加工的質量。11濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解5.收卷系統(tǒng)11濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)洗滌烘干系統(tǒng)是濕法鋰離子隔膜生產特有的工序過程。因為經上工序加工后的薄膜雖然主料膜網與成孔劑基本上已經產生了相分離,但成孔劑還仍然分布在產生了雙向取向的分子鏈之間。洗滌烘干系統(tǒng)的作用就是將成孔劑從油膜的孔中趕出來或萃取出來,形成(準確的講應該是“呈現(xiàn)出”)能讓鋰離子通過的微孔。12濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)12濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)洗滌過程就是溶劑(萃取劑)萃取成孔劑,溶劑取代成孔劑劑位置的過程;而烘干過程就是加快萃取劑的揮發(fā),空氣取代萃取劑位置的過程,當然烘干過程也是萃取劑循環(huán)回收的過程。經過洗滌烘干后的薄膜由透明變成了白色,這說明鋰離子隔膜的微孔已經形成了。13濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)13聚烯烴材料(原材料)
聚乙烯英文名稱:polyethylene,簡稱PE,是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂。聚乙烯無味,無毒,為白色蠟狀半透明顆?;蚍勰岫g,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70~-100℃),化學穩(wěn)定性好,能耐大多數酸堿的侵蝕,常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,比水輕,電絕緣性能優(yōu)良。
nCH2=CH2→[—CH2—CH2—]n
高密度聚乙烯(HDPE)熔點范圍為132-135℃14聚烯烴材料(原材料)聚乙烯英文名稱:polyethyle其他原料介紹
白油(whiteoil)也叫液體石蠟、石蠟油、白色油、paraffinoil、礦物油。為無色透明油狀液體,無味
,閃點164-223℃,為液體類烴類的混合物,分子量通常都在250-450范圍之內,具有良好的氧化安定性,化學穩(wěn)定性。二氯甲烷的分子式:CH2Cl2,是不可燃低沸點無色溶劑,沸點39.75℃,易揮發(fā),其氣體不燃燒,與空氣混合也不爆炸,相對密度1.3255,凝固點-95℃,低毒。15其他原料介紹白油(whiteoil)也叫液體石蠟、石蠟萃取說明
萃取,又稱溶劑萃,是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液,實現(xiàn)組分分離的傳質分離過程,是一種廣泛應用的單元操作。萃取有兩種方式:液-液萃取和固-液萃?。ń。?,萃取操作是一個物理過程。液-液萃取,用選定的溶劑分離液體混合物中某種組分,溶劑必須與被萃取的混合物液體不相溶,具有選擇性的溶解能力,而且必須有好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性;固-液萃取用溶劑分離固體混合物中的組分。16萃取說明萃取,又稱溶劑萃,是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互鋰離子隔膜具備的特性
結構特性力學特性理化特性17鋰離子隔膜具備的特性結構特性17隔膜特性之
結構特性(1)厚度。鋰離子電池隔膜的厚度一般≤25μm。在保證一定的機械強度的前提下,隔膜的厚度越薄越好。(2)孔徑和分布。作為電池隔膜材料,本身具有微孔結構,容許吸納電解液;為了保證電池中一致的電極/電解液界面性質和均一的電流密度,微孔在整個隔膜材料中的分布應當均勻。孔徑的大小與分布的均一性對電池性能有直接的影響:孔徑太大,容易使正負極直接接觸或易被鋰枝晶刺穿而造成短路;孔徑太小則會增大電阻。微孔分布不勻,工作時會形成局部電流過大,影響電池的性能。18隔膜特性之結構特性(1)厚度。鋰離子電池隔膜的厚度一般≤隔膜特性之
結構特性(3)孔隙率??紫堵蕦δさ耐高^性和電解液的容納量非常重要??梢远x為:孔的體積與隔膜所占體積的比值,即單位膜的體積中孔的體積百分率,它與原料樹脂及制品的密度有關。對于一定的電解質,具有高孔隙率的隔膜可以降低電池的阻抗,但也不是越高越好,孔隙率太高,會使材料的機械強度變差。(4)透過性。透過性可用在一定時間和壓力下通過隔膜氣體的量的多少來表征,主要反映鋰離子透過隔膜的通暢性。隔膜透過性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔的形狀及孔曲折度等隔膜內部孔結構綜合因素影響的結果。19隔膜特性之結構特性(3)孔隙率??紫堵蕦δさ耐高^性和電解液隔膜特性之
結構特性(5)SEM隔膜的表面形態(tài)結構也可用掃描電子顯微鏡觀測,濕法工藝可以得到復雜的三維纖維狀是拉伸結構的孔,孔的曲折度相對較高。而干法工藝成孔,因此孔隙狹長,孔曲折度較低,透氣度和強度都得到提高。20隔膜特性之結構特性(5)SEM隔膜的表面形態(tài)結構也可用掃描隔膜特性之
力學性能
在電池組裝和充放電循環(huán)使用過程中,需要隔膜材料本身具有一定的機械強度。隔膜的機械強度可用抗張強度和抗刺穿強度來衡量。(1)抗張強度。隔膜的抗張強度與膜的制作工藝有關。一般而言,如果隔膜的孔隙率高,盡管其阻抗較低,但強度卻要下降;而且在采用單軸拉伸時,膜在拉伸方向與垂直拉伸方向強度不同,而采用雙軸拉伸制備的隔膜其強度在兩個方向上基本一致。21隔膜特性之力學性能在電池組裝和充放電循環(huán)使用過程中,需要隔膜特性之
力學性能
(2)抗刺穿強度??勾┐虖姸仁侵甘┘釉诮o定針形物上用來戳穿給定隔膜樣本的質量,它用來表征隔膜裝配過程中發(fā)生短路的趨勢。由于電極是由活性物質、炭黑、增塑劑和PVDF混合后,被均勻地涂覆在金屬箔片上,再經120℃真空干燥后制作而成的,所以電極表面是由活性物質和炭黑混合物的微小顆粒所構成的凸凹表面。被夾在正負極片間的隔膜材料,需要承受很大的壓力。因此,為了防止短路,隔膜必須具備一定的抗穿刺強度。經驗上,鋰離子電池隔膜的穿刺強度至少為11.38kg/mm。22隔膜特性之力學性能(2)抗刺穿強度??勾┐虖姸仁侵甘┘釉诟裟ぬ匦灾?/p>
理化性能(1)潤濕性和潤濕速度。較好的潤濕性有利于隔膜同電解液之間的親和,擴大隔膜與電解液的接觸面,從而增加離子導電性,提高電池的充放電性能和容量。隔膜的潤濕性不好會增加隔膜和電池的電阻,影響電池的循環(huán)性能和充放電效率。隔膜的潤濕速度是指電解液進入隔膜微孔的快慢,它與隔膜的表面能、孔徑、孔隙率、曲折度等特性有關。隔膜對電解液的潤濕性可以通過測定其吸液率和持液率來衡量。干試樣稱重后浸泡在電解液中,待吸收平衡后,取出濕樣稱重,最后計算其差值百分率。另外,也可以通過電解液與隔膜材料的接觸角來衡量潤濕性的好壞。23隔膜特性之理化性能(1)潤濕性和潤濕速度。較好的潤濕性有利隔膜特性之
理化性能(2)化學穩(wěn)定性。隔膜在電解液中應當保持長期的穩(wěn)定性,在強氧化發(fā)應。和強還原的條件下,不與電解液和電極物質隔膜的化學穩(wěn)定性是通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價的。(3)熱穩(wěn)定性。電池在充放電過程中會釋放熱量,尤其在短路或過充電的時候,會有大量熱量放出。因此,當溫度升高的時候,隔膜應當保持原來的完整性和一定的機械強度,繼續(xù)起到正負電極的隔離作用,防止短路的發(fā)生。24隔膜特性之理化性能(2)化學穩(wěn)定性。隔膜在電解液中應當保持隔膜特性之
理化性能(4)隔膜的電阻。隔膜的電阻直接影響電池的性能,因此隔膜電阻的測量十分重要。隔膜的電阻率實際上是微孔中電解液的電阻率,它與很多因素有關,如孔隙度、孔的曲折度、電解液的電導率、膜厚和電解液對隔膜材料的潤濕程度等。(5)自閉性能。在一定的溫度以上時,電池內的組分將發(fā)生放熱反應而導致“自熱”,另外由于充電器失靈、安全電流失靈等將導致過度充電或者電池外部短路時,這些情況都會產生大量的熱量。由于聚烯烴材料的熱塑性質,當溫度接近聚合物熔點時,多孔的離子傳導的聚合物膜會變成無孔的絕緣層,微孔閉合而產生自關閉現(xiàn)象,從而阻斷離子的繼續(xù)傳輸而形成斷路,起到保護電池的作用,因此聚烯烴隔膜能夠為電池提供額外的保護。25隔膜特性之理化性能(4)隔膜的電阻。隔膜的電阻直接影響電池微孔膜結構與性能之間的關系
1.透氣性能
透氣性是隔膜的一個重要指標,透氣性越好則鋰離子透過隔膜的通暢性越好,隔膜電阻越低。它是由膜的孔徑大小及分布、孔隙率、孔的形狀及孔的曲折度等各因素綜合決定。曲折度低、厚度薄、孔徑大和孔隙率高都意味著透氣性好,隔膜電阻低。但是孔隙率并不是越高越好,孔隙率越高,其力學性能就將受到影響??讖揭话阋笤?.01~0.1μm范圍內,孔徑小于0.01μm時,鋰離子穿過能力太??;孔徑大于0.1μm,電池內部枝晶生成時電池易短路[16]。大多數鋰離子電池隔膜的孔徑在0.03~0.1μm之間,孔隙率在30%~50%之間,厚度一般小于30μm。26微孔膜結構與性能之間的關系1.透氣性能26微孔膜結構與性能之間的關系2.自動關斷保護性能是鋰離子電池隔膜的一種安全保護性能,是鋰離子電池限制溫度升高及防止短路的有效方法。隔膜的閉孔溫度和熔融破裂溫度是該性能的主要參數。閉孔溫度是指外部短路或非正常大電流通過時所產生的熱量使隔膜微孔閉塞時的溫度。熔融破裂溫度是指將隔膜加熱,當溫度超過試樣熔點使試樣發(fā)生破裂時的溫度。由于電池短路使電池內部溫度升高,當電池隔離膜溫度到達閉孔溫度時微孔閉塞阻斷電流通過,但熱慣性會使溫度進一步上升,有可能達到熔融破裂溫度而造成隔膜破裂,電池短路。因此,閉孔溫度和熔融破裂溫度相差越大越好,此時電池的安全性越好。27微孔膜結構與性能之間的關系2.自動關斷保護性能是鋰離子電池隔微孔膜結構與性能之間的關系
3.孔結構也影響自動關斷保護性能,高的曲折度和小孔徑對阻止和切斷異常電流是有利的,但過高的曲折度和過小的孔徑又會影響其離子導電性。
4.鋰離子電池對隔膜強度的要求較高。電池中的隔膜直接接觸有硬表面的正極和負極,而且當電池內部形成枝晶時,隔離膜易被穿破而引起電池微短路,因此要求隔離膜的抗穿刺強度盡量高。一般而言孔隙率較高,盡管其阻抗較低,其強度卻要下降,因此在調節(jié)膜結構的同時要兼顧微孔膜的各項性能,以獲得最佳的使用性能。28微孔膜結構與性能之間的關系3.孔結構也影響自動關斷保護性能國內外濕法生產鋰離子隔
膜微觀結構的比較29國內外濕法生產鋰離子隔
膜微觀結構的比較29鋰離子電池隔膜的發(fā)展方向
鋰離子電池以其獨特的優(yōu)點迅速地占據了傳統(tǒng)電池的市場而得到廣泛的應用,移動電話、手提電腦、照相機、攝像機等電子和信息產品現(xiàn)都采用鋰離子電池作為電源。但在一些高端的應用領域,如動力電池等容量較大的鋰離子電池方面的應用還沒有得到推廣和普及。很重要的一個原因就是現(xiàn)有的鋰離子隔膜的性能還沒能滿足作為高端電池隔膜的要求:(1)高的安全性如熱穩(wěn)定性和電流遮斷性等;(2)大電流充放電的性能;(3)長的循環(huán)使用壽命等。30鋰離子電池隔膜的發(fā)展方向鋰離子電池以其獨特的優(yōu)點迅速地占據結束
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基礎知識
技術部XXX
2012.03.09XX高科33.鋰離子電池隔膜
基礎知識技術部XX高科1.鋰離子電池概況自20世紀90年代初索尼公司開發(fā)成功鋰離子電池以來,鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)壽命長和電壓高等優(yōu)異的電性能而獲得了迅速的發(fā)展。目前已經廣泛應用于手機、便攜式電腦、照相機、攝像機等電子產品領域。鋰離子電池由正負極、電解質和隔膜組成。其中,隔膜的一個重要功能是隔離正負極并阻止電池內穿過,同時能夠允許離子的通過,從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池的放電容量和循環(huán)使用壽命。34鋰離子電池概況自20世紀90年代初索尼公司開發(fā)成功鋰離子電池隔膜及制法介紹
隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料。也叫電池隔膜、隔膜紙、多孔膜、離子交換膜、分離膜、離子滲透膜等。
生產方法:濕法、干法(單項拉伸、吹膜法、雙向拉伸)35隔膜及制法介紹隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料。也濕法介紹
濕法也叫熱致相分離法(TIPS),或者溶劑萃取成孔法,其化學原理是相分離?;具^程是指在高溫下將聚合物溶于高沸點、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液,然后降溫冷卻,導致溶液產生液-固相分離或液-液相分離,再選用揮發(fā)性試劑將高沸點溶劑萃取出來,經過干燥獲得一定結構形狀的高分子微孔膜。濕法生產的特點是產品均勻性好,安全性好
,機械性能良好,孔曲折度高。36濕法介紹濕法也叫熱致相分離法(TIPS),或者溶劑萃取成孔濕法產品的電鏡圖
濕法生產隔膜電鏡圖37濕法產品的電鏡圖濕法生產隔膜電鏡圖5濕法生產鋰離子電池隔膜
流程濕法鋰離子電池隔膜的生產工藝流程一般采取同步雙向拉伸工藝。工藝流程大致包括:投料配料、擠出塑化、過濾計量、鑄片冷卻、雙向拉伸、牽引切邊測厚、后處理、收卷檢驗、分切打包。38濕法生產鋰離子電池隔膜
流程濕法鋰離子電池隔膜的生產工藝流程濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解1.投料和配料系統(tǒng)薄膜生產的投料和配料的穩(wěn)定性直接關系到擠出過程的穩(wěn)定性、并且對厚片和薄膜的厚度產生重要的影響,從而影響到后續(xù)加工和產品的性能和質量,例如主料和成孔劑的比例是鋰離子電池隔膜微孔孔徑的大小及分布的影響因素之一。所以,投料和配料必須要得到比較高的精度保證。39濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解1.投料和配料系統(tǒng)7濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解2.擠出混合系統(tǒng)擠出混合系統(tǒng)是薄膜生產的核心環(huán)節(jié)之一。擠出混合的好壞,直接影響到后續(xù)工序的生產和最終的產品質量。擠出混合需要滿足如下的要求:(1)能夠具備較強的剪切塑化能力,讓主料快速、均勻的塑化;(2)能夠產生很好的混合效果,讓主料與成孔劑均勻混合:(3)能夠讓物料與擠出機之、司不打滑、不倒流、能夠穩(wěn)定進料。40濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解2.擠出混合系統(tǒng)8濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解3.鑄片冷卻系統(tǒng)鑄片冷卻是將從模頭出來的熔體經過激冷輥冷卻成為固態(tài)厚片的過程。鑄片冷卻起到的作用是:(1)冷卻熔體,形成厚片;(2)急冷熔體,降低厚片結晶度,防止球晶的形成;(3)急冷“塑料一成孔劑”混合物熔體,使成孔劑與聚烯烴產生熱致性相分離;(4)急冷厚片表面,使已產生相分離的大部分成孔劑被鎖在厚片里面,使成孔劑不容易流走和滲出。41濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解3.鑄片冷卻系統(tǒng)9濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解4.拉伸系統(tǒng)拉伸系統(tǒng)是薄膜生產的另一個核心環(huán)節(jié)。目的是使分子鏈在拉伸的過程中產生取向,從而改善和提高產品的應用性能或賦予產品以新的性能。經過雙向拉伸后的油膜,分子鏈得到了縱橫兩個方向取向,而成孔劑也均勻地分布在發(fā)生了取向的分子鏈之間。從熱力學上講這時鋰離子隔膜的微孔或微孔形狀已經是形成了,只是成孔劑還仍然占據了孔的位置,堵住了隔膜的孔眼,使得微孔還沒有呈現(xiàn)出來.42濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解4.拉伸系統(tǒng)10濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解5.收卷系統(tǒng)鋰離子隔膜的油膜由于成孔劑的存在,收卷張力過小容易造成打滑跑偏,而張力過大又會造成縱向碰得太緊產生縱皺,影響后續(xù)加工的質量。43濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解5.收卷系統(tǒng)11濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)洗滌烘干系統(tǒng)是濕法鋰離子隔膜生產特有的工序過程。因為經上工序加工后的薄膜雖然主料膜網與成孔劑基本上已經產生了相分離,但成孔劑還仍然分布在產生了雙向取向的分子鏈之間。洗滌烘干系統(tǒng)的作用就是將成孔劑從油膜的孔中趕出來或萃取出來,形成(準確的講應該是“呈現(xiàn)出”)能讓鋰離子通過的微孔。44濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)12濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)洗滌過程就是溶劑(萃取劑)萃取成孔劑,溶劑取代成孔劑劑位置的過程;而烘干過程就是加快萃取劑的揮發(fā),空氣取代萃取劑位置的過程,當然烘干過程也是萃取劑循環(huán)回收的過程。經過洗滌烘干后的薄膜由透明變成了白色,這說明鋰離子隔膜的微孔已經形成了。45濕法生產鋰離子電池隔膜
流程分解6.洗滌烘干系統(tǒng)13聚烯烴材料(原材料)
聚乙烯英文名稱:polyethylene,簡稱PE,是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂。聚乙烯無味,無毒,為白色蠟狀半透明顆?;蚍勰?,柔而韌,手感似蠟,具有優(yōu)良的耐低溫性能(最低使用溫度可達-70~-100℃),化學穩(wěn)定性好,能耐大多數酸堿的侵蝕,常溫下不溶于一般溶劑,吸水性小,比水輕,電絕緣性能優(yōu)良。
nCH2=CH2→[—CH2—CH2—]n
高密度聚乙烯(HDPE)熔點范圍為132-135℃46聚烯烴材料(原材料)聚乙烯英文名稱:polyethyle其他原料介紹
白油(whiteoil)也叫液體石蠟、石蠟油、白色油、paraffinoil、礦物油。為無色透明油狀液體,無味
,閃點164-223℃,為液體類烴類的混合物,分子量通常都在250-450范圍之內,具有良好的氧化安定性,化學穩(wěn)定性。二氯甲烷的分子式:CH2Cl2,是不可燃低沸點無色溶劑,沸點39.75℃,易揮發(fā),其氣體不燃燒,與空氣混合也不爆炸,相對密度1.3255,凝固點-95℃,低毒。47其他原料介紹白油(whiteoil)也叫液體石蠟、石蠟萃取說明
萃取,又稱溶劑萃,是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液,實現(xiàn)組分分離的傳質分離過程,是一種廣泛應用的單元操作。萃取有兩種方式:液-液萃取和固-液萃?。ń。?,萃取操作是一個物理過程。液-液萃取,用選定的溶劑分離液體混合物中某種組分,溶劑必須與被萃取的混合物液體不相溶,具有選擇性的溶解能力,而且必須有好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性;固-液萃取用溶劑分離固體混合物中的組分。48萃取說明萃取,又稱溶劑萃,是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互鋰離子隔膜具備的特性
結構特性力學特性理化特性49鋰離子隔膜具備的特性結構特性17隔膜特性之
結構特性(1)厚度。鋰離子電池隔膜的厚度一般≤25μm。在保證一定的機械強度的前提下,隔膜的厚度越薄越好。(2)孔徑和分布。作為電池隔膜材料,本身具有微孔結構,容許吸納電解液;為了保證電池中一致的電極/電解液界面性質和均一的電流密度,微孔在整個隔膜材料中的分布應當均勻??讖降拇笮∨c分布的均一性對電池性能有直接的影響:孔徑太大,容易使正負極直接接觸或易被鋰枝晶刺穿而造成短路;孔徑太小則會增大電阻。微孔分布不勻,工作時會形成局部電流過大,影響電池的性能。50隔膜特性之結構特性(1)厚度。鋰離子電池隔膜的厚度一般≤隔膜特性之
結構特性(3)孔隙率??紫堵蕦δさ耐高^性和電解液的容納量非常重要。可以定義為:孔的體積與隔膜所占體積的比值,即單位膜的體積中孔的體積百分率,它與原料樹脂及制品的密度有關。對于一定的電解質,具有高孔隙率的隔膜可以降低電池的阻抗,但也不是越高越好,孔隙率太高,會使材料的機械強度變差。(4)透過性。透過性可用在一定時間和壓力下通過隔膜氣體的量的多少來表征,主要反映鋰離子透過隔膜的通暢性。隔膜透過性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔的形狀及孔曲折度等隔膜內部孔結構綜合因素影響的結果。51隔膜特性之結構特性(3)孔隙率??紫堵蕦δさ耐高^性和電解液隔膜特性之
結構特性(5)SEM隔膜的表面形態(tài)結構也可用掃描電子顯微鏡觀測,濕法工藝可以得到復雜的三維纖維狀是拉伸結構的孔,孔的曲折度相對較高。而干法工藝成孔,因此孔隙狹長,孔曲折度較低,透氣度和強度都得到提高。52隔膜特性之結構特性(5)SEM隔膜的表面形態(tài)結構也可用掃描隔膜特性之
力學性能
在電池組裝和充放電循環(huán)使用過程中,需要隔膜材料本身具有一定的機械強度。隔膜的機械強度可用抗張強度和抗刺穿強度來衡量。(1)抗張強度。隔膜的抗張強度與膜的制作工藝有關。一般而言,如果隔膜的孔隙率高,盡管其阻抗較低,但強度卻要下降;而且在采用單軸拉伸時,膜在拉伸方向與垂直拉伸方向強度不同,而采用雙軸拉伸制備的隔膜其強度在兩個方向上基本一致。53隔膜特性之力學性能在電池組裝和充放電循環(huán)使用過程中,需要隔膜特性之
力學性能
(2)抗刺穿強度。抗穿刺強度是指施加在給定針形物上用來戳穿給定隔膜樣本的質量,它用來表征隔膜裝配過程中發(fā)生短路的趨勢。由于電極是由活性物質、炭黑、增塑劑和PVDF混合后,被均勻地涂覆在金屬箔片上,再經120℃真空干燥后制作而成的,所以電極表面是由活性物質和炭黑混合物的微小顆粒所構成的凸凹表面。被夾在正負極片間的隔膜材料,需要承受很大的壓力。因此,為了防止短路,隔膜必須具備一定的抗穿刺強度。經驗上,鋰離子電池隔膜的穿刺強度至少為11.38kg/mm。54隔膜特性之力學性能(2)抗刺穿強度??勾┐虖姸仁侵甘┘釉诟裟ぬ匦灾?/p>
理化性能(1)潤濕性和潤濕速度。較好的潤濕性有利于隔膜同電解液之間的親和,擴大隔膜與電解液的接觸面,從而增加離子導電性,提高電池的充放電性能和容量。隔膜的潤濕性不好會增加隔膜和電池的電阻,影響電池的循環(huán)性能和充放電效率。隔膜的潤濕速度是指電解液進入隔膜微孔的快慢,它與隔膜的表面能、孔徑、孔隙率、曲折度等特性有關。隔膜對電解液的潤濕性可以通過測定其吸液率和持液率來衡量。干試樣稱重后浸泡在電解液中,待吸收平衡后,取出濕樣稱重,最后計算其差值百分率。另外,也可以通過電解液與隔膜材料的接觸角來衡量潤濕性的好壞。55隔膜特性之理化性能(1)潤濕性和潤濕速度。較好的潤濕性有利隔膜特性之
理化性能(2)化學穩(wěn)定性。隔膜在電解液中應當保持長期的穩(wěn)定性,在強氧化發(fā)應。和強還原的條件下,不與電解液和電極物質隔膜的化學穩(wěn)定性是通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價的。(3)熱穩(wěn)定性。電池在充放電過程中會釋放熱量,尤其在短路或過充電的時候,會有大量熱量放出。因此,當溫度升高的時候,隔膜應當保持原來的完整性和一定的機械強度,繼續(xù)起到正負電極的隔離作用,防止短路的發(fā)生。56隔膜特性之理化性能(2)化學穩(wěn)定性。隔膜在電解液中應當保持隔膜特性之
理化性能(4)隔膜的電阻。隔膜的電阻直接影響電池的性能,因此隔膜電阻的測量十分重要。隔膜的電阻率實際上是微孔中電解液的電阻率,它與很多因素有關,如孔隙度、孔的曲折度、電解液的電導率、膜厚和電解液對隔膜材料的潤濕程度等。(5)自閉性能。在一定的溫度以上時,電池內的組分將發(fā)生放熱反應而導致“自熱”,另外由于充電器失靈、安全電流失靈等將導致過度充電或者電池外部短路時,這些情況都會產生大量的熱量。由于聚烯烴材料的熱塑性質,當溫度接近聚合物熔點時,多孔的離子傳導的聚合物膜會變成無孔的絕緣層,微孔閉合而產生自關閉現(xiàn)象,從而阻斷離子的繼續(xù)傳輸而形成斷路,起到保護電池的作用,因此聚烯烴隔膜能夠為電池提供額外的保護。57隔膜特性之理化性能(4)隔膜的電阻。隔膜的電阻直接影響電池微孔膜結構與
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