鋰離子電池隔膜演示文稿

鋰離子電池隔膜演示文稿1*目前一頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池隔膜制備技術2*目前二頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池隔膜簡介鋰離子電池隔膜生產工藝隔膜市場現(xiàn)狀隔膜部分生產設備目前三頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前四頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點1、鉛酸蓄電池成本較低，使用時尚稱安全，唯具高污染毒性，對環(huán)保影響極大，循環(huán)次數(shù)少、重量大，故不在此做比較。2、鎳鎘電池能量密度低，具有記憶效應，且含有有毒金屬元素鎘。3、鎳氫電池能量密度低，不耐高溫，有記憶效應，不適合長久作為動力電池，只能是過渡性產品。4、目前世界各國已證實鋰電池為目前唯一具有經濟性且符合環(huán)保及安全要求，可作大動力輸入、輸出之儲能用電池。目前五頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池是目前能量密度最高的綠色二次電池，已廣泛應用于筆記本電腦、手機、攝影機等消費電子產品，與之對應的下游原材料形成了穩(wěn)定的需求。隨著無線信息通訊產品、數(shù)字娛樂產品、電動汽車、電動自行車、電動工具等領域的高速發(fā)展，對鋰離子電池的性能提出了更高的要求，為鋰離子電池帶來了廣闊發(fā)展前景。鋰離子電池緊密切合國家及北京市新能源、節(jié)能環(huán)保等發(fā)展戰(zhàn)略，是未來幾十年內市場用量巨大的新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一。目前六頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前鋰離子電池在電動自行車上應用現(xiàn)狀目前95％的電動自行車使用的是鉛酸蓄電池，僅有5％的電動自行車使用鋰離子電池原因：鋰離子電池貴，一般是鉛酸電池的2倍左右電動自行車用鋰離子電池質量不穩(wěn)定，一致性差，循環(huán)壽命達不到標稱值（一般標稱>500次循環(huán)次數(shù)）因此，電動自行車用鋰離子電池雖然遇到了發(fā)展的大好機會，但仍需要進一步提高質量、降低成本以鋰離子電池電動自行車為主，為高性能綠色電池提供了很好的市場機會。電動自行車產業(yè)的快速發(fā)展，使鋰離子動力電池技術快速走向成熟。目前七頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池是未來發(fā)展方向，成為熱門2002-2012年中國鋰離子電池產量增長情況

目前八頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點全球鋰離子電池應用結構分布

目前九頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰電池產業(yè)大爆發(fā)：電動自行車“打頭陣”

2012年04月11日01:42

來源：中國證券網·上海證券報鋰電自行車有望5年增10倍

一塊小小的鋰電池，卻商機無限。尤其是當其搭乘了節(jié)能環(huán)保這趟“列車”之后，從智能手機、數(shù)碼相機等消費電子，到電動自行車、電動汽車乃至儲能，都在孕育著一場鋰電應用“革命”。

在業(yè)內人士看來，這是一個有著兩三千億元乃至萬億元潛力的大產業(yè)，揭示鋰電市場未來發(fā)展的前景。目前十頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點電動自行車是短期內最有可能成為鋰電大面積應用的新領域。記者從中國自行車協(xié)會理事長馬中超處了解到，該協(xié)會將大力推動鋰電電動自行車的發(fā)展，期望3-5年內用鋰電作為動力電池的比例從現(xiàn)在2%提高到20%。在電動自行車之后，業(yè)內普遍預計電動汽車與儲能又會帶動鋰電需求的新一輪井噴。一場鋰電應用“革命”正在悄然孕育。

目前十一頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點有數(shù)據(jù)顯示，去年智能手機電池的需求增速約為49%，平板電腦市場對鋰電的需求增速則超過220%。今年，這兩塊市場將繼續(xù)高速增長。

“目前看來，消費電子產品的需求會不斷上升，消費類鋰電的應用也會不斷擴大，而且暫時還沒有一種其他電池在消費電子領域可以取代鋰電?！敝袊姵毓I(yè)協(xié)會副理事長、鋰電應用委員會會長王金良對本報記者說。

不過，和動力應用相比，消費類鋰電只可算小打小鬧。動力電池的崛起才真正打開了人們對鋰電無限的想象空間。

“過去10年電池行業(yè)的年增長率在25%-30%左右，但擴展主要集中在3C產品，后者所用的鋰原料還不是很多?！弊T宜機表示，一臺iPad所用鋰電池的容量和一輛日產電動汽車鋰電池的容量相差1000倍，“因此電動汽車后續(xù)都不需要成長到幾百萬臺，只要成長到100萬臺就相當于蘋果要賣出10億臺iPad（的電池量）”。

目前十二頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點不過，他也承認，盡管電動汽車這個市場遲早會出現(xiàn)，但時間至少還需要5-10年。在這之前，電動自行車則是短期內最有可能成為鋰電大面積應用的新領域。

去年4月，四部委發(fā)文將“時速不超過20公里、整車質量（重量）不大于40公斤”作為電動自行車的及格線。同年5月18日，環(huán)保部又掀起了全國性的鉛酸蓄電池環(huán)保大整頓。

業(yè)內人士推算，經過嚴格準入后，全國鉛酸蓄電池企業(yè)將減少三分之二，甚至五分之四，而時速和重量的限制更將引導電動自行車的電池選擇，這為鋰電自行車帶來難得的機遇。

“目前電動自行車用鋰電占比還很小，而一旦國家出臺鼓勵鋰電自行車的相關政策，則最快"十二五"期間就將實現(xiàn)鋰電池在電動自行車行業(yè)的大面積應用。”王金良說。

目前十三頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點“整個電動自行車行業(yè)存在兩個97.5%的問題：一是鉛酸蓄電池電動自行車占了97.5%；二是內銷占了97.5%。”馬中超說，“這兩個97.5%與國外鋰電池電動自行車的需求發(fā)展形勢不相適應?！?/p>

他表示，中國自行車協(xié)會將大力推動鋰電電動自行車的發(fā)展。“期望3-5年內用鋰電作為動力電池的電動自行車比例從現(xiàn)在2%提高到20%。”

目前十四頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點國內多家上市公司多次出現(xiàn)因“鋰電”熱而漲停，并出現(xiàn)長期高價運行從電動汽車到儲能：鋰電期待大爆發(fā)

如果把消費電子和電動自行車列為鋰電應用“打頭陣”的“先鋒隊”，那么，電動車和儲能就將是鋰電應用的“主力軍”。后者也是最受業(yè)界期待的鋰電應用領域。

駱駝股份董事長劉國本就告訴本報記者，公司已進軍動力鋰電領域，正在重點開發(fā)電動自行車用、儲能用以及電動汽車用的鋰離子電池包。

另一位知情人士則透露，風帆股份的動力鋰電研發(fā)也已進入實質階段，技術路線是磷酸鐵鋰，目前樣品、實車實驗已完成。

南都電源則在去年收購了界首市華宇電源有限公司，成為A股唯一一家主營電動自行車電池生產的上市公司，其在鋰電研發(fā)方面的進展也很大。

“我們現(xiàn)在開發(fā)的鋰電池一類用在通信上，一類用在動力上。由于鋰電池的比能量高，所以在需要移動的地方使用就有優(yōu)勢，但價格和不能回收則是劣勢?！蹦隙茧娫纯偛藐惒┰诮邮苡浾卟稍L時說。

目前十五頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點電動自行車用鋰離子電池組技術標準取得開拓性進展3月24日上午，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會和天津市自行車電動車行業(yè)協(xié)會主辦的“聯(lián)合修訂電動自行車用鋰離子電池組技術標準起草單位草簽儀式大會”在天津舉行。天津工信部、經信委領導及中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍、天津市自行車行業(yè)協(xié)會生產力促進中心主任刑紀驊及力神、光宇、星恒、比克、貝瑪特、天能、超威、新日、愛瑪、富士達等30余家國內知名鋰電池企業(yè)和電動車整車企業(yè)代表近70人參加了會議。天津愛瑪科技有限公司副總經理許東云在會議中表示，隨著今年汽油價格的再次攀升，以鋰電自行車為代表的綠色新能源迎來了又一良好的發(fā)展時期，企業(yè)將以強烈的社會責任感約束自己，積極配合鋰電標準修訂工作，努力為鋰電產業(yè)營造一個良好規(guī)范的標準環(huán)境。目前十六頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點動力鋰離子電池應用領域電動工具。電動工具市場目前鋰電池滲透速度非?？欤彩怯脕硖娲嚉浜玩囨k電池，其中最具代表性的廠商是美國B&K公司、德國B0SCH、日本牧田、香港創(chuàng)科（TTI）、日本日立和松下，這些廠商均已使用磷酸鐵鋰電池。根據(jù)日本IIT咨詢公司的預測，未來幾年鋰電池在電動工具市場仍然有很大的增長空間。礦燈。礦燈總的市場容量相對較小，目前國家出臺政策鼓勵使用LED礦燈，照明和壽命大大提高，功耗也大大降低，礦燈選用鋰電池是減輕重量減小體積的必然選擇，但是由于過去大量用的鈷酸鋰和錳酸鋰電池，存在著燃燒甚至暴躁的危險，最近要求配置安全性能高的磷酸鐵鋰電池。風電和太陽能儲能：市場空間很大，目前儲能為鉛酸蓄電池，由于價格便宜，仍占據(jù)市場主導地位。但是鋰電池尤其是磷酸鐵鋰切入到這塊市場優(yōu)勢明顯，國內像無錫尚德這樣的太陽能電池廠商在積極地尋求戰(zhàn)略合伙伙伴，而比亞迪也是在努力開辟風電和太陽能儲能市場。目前十七頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點電動自行車。電動自行車向更輕便方向的轉變成為一大趨勢，這使得大功率鋰離子電池的市場大增，即將啟動的電動汽車時代則為鋰離子電池注入高度成長的動力。面向產業(yè)及車載的鋰離子電池市場今后5-7年內還將持續(xù)增長。正因為看好這些市場，目前很多公司都把目光聚焦到動力型鋰離子電池上來。新能源汽車/電動汽車?？萍疾坎块L萬鋼在“2008中國綠色能源汽車發(fā)展高峰論壇”給出了中國新能源汽車的發(fā)展目標——到2012年，國內有10%新生產的汽車將是節(jié)能與新能源汽車。到2020年我國新能源汽車的比例占全部汽車的二分之一，約為6500萬輛。目前十八頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池原理目前十九頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池制備用材料四大材料正極材料：錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等負極材料：炭隔膜：PE、PP、PE/PP等微孔膜電解液：Li(CF)3SO3、DMC、DC等目前二十頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點在鋰離子電池中，隔膜的作用主要有兩個方面：一方面起到分隔正、負極，防止短路的作用；另一方面，隔膜能夠讓鋰離子通過，形成充放電回路。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池內阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及安全性能。隔膜越薄，孔隙率越高，電池內阻越小，高倍率放電性能越好，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜簡介目前二十一頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池隔膜作用示意圖鋰離子電池隔膜實物圖目前二十二頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前二十三頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前二十四頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池對隔膜的要求具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離；有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有很好的透過性；耐電解液腐蝕，電化學穩(wěn)定性好；對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力；具有足夠的力學性能，包括穿刺強度、拉伸強度等；空間穩(wěn)定性和平整性好；熱穩(wěn)定性和自動關斷保護性能好。目前二十五頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點①厚度

對于消耗型鋰離子電池（手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機中使用的電池），25微米的隔膜逐漸成為標準。然而，由于人們對便攜式產品的使用的日益增長，更薄的隔膜，比如說20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜開始大范圍的應用。對于動力電池來說，由于裝配過程的機械要求，往往需要更厚的隔膜，當然對于動力用大電池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時意味著更好的安全性，EV/HEV使用的是厚度為40微米左右的隔膜。鋰離子電池隔膜性能參數(shù)目前二十六頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點②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，消耗型鋰離子電池的這個數(shù)值為接近8。Gurley數(shù)：一定體積的氣體，在一定壓力條件下通過一定面積的隔膜所需要的時間。與隔膜裝配的電池的內阻成正比，即該數(shù)值越大，則內阻越大。單純比較兩種不同隔膜的Gurley數(shù)是沒有意義的，因為可能兩種隔膜的微觀結構完全不一樣；但同一種隔膜的Gurley數(shù)的大小能很好的反應出內阻的大小，因為同一種隔膜相對來說微觀結構是一樣的或可比較的。目前二十七頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點③浸潤度

為保證電池的內阻不是太大，要求隔膜是能夠被電池所用電解液完全浸潤，這與隔膜材料本身和隔膜的表面及內部微觀結構相關。粗略判斷：取典型電解液（如EC：DMC=1:1，1MLiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴會迅速消失被隔膜吸收。精確判斷：用超高時間分辨的攝像機記錄從液滴接觸隔膜到液滴消失的過程，計算時間，通過時間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。

④化學穩(wěn)定性

要求隔膜在電化學反應中是惰性的，且對強還原、強氧化不活潑，機械強度不衰減，不產生雜質。一般認為，目前隔膜用材料PE或PP可滿足化學惰性要求。目前二十八頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點⑤孔徑

防止電極顆粒直接通過隔膜，要求隔膜孔徑為μm,小于0.01μm時，鋰離子穿透能力太小，大于0.1μm時，電池內部枝晶生成時電池易短路。

目前所使用的電極顆粒一般在10微米的量級，而所使用的導電添加劑則在10納米的量級，不過很幸運的是一般碳黑顆粒傾向于團聚形成大顆粒。一般來說，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接通過，當然也不排除有些電極表面處理不好，粉塵較多導致的一些諸如微短路等情況。目前二十九頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點⑥穿刺強度

穿刺強度：在一定的速度（每分鐘3-5米）下，讓一個沒有銳邊緣的直徑為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。由于測試的時候所用的方法和實際電池中的情況有很大的差別，直接比較兩種隔膜的穿刺強度不是特別合理，但在微結構一定的情況下，相對來說穿刺強度高的，其裝配不良率低。但單純追求高穿刺強度，必然導致隔膜的其他性能下降。⑦熱穩(wěn)定性隔膜需要在電池使用的溫度范圍內（-20℃～60℃）保持熱穩(wěn)定。一般來說目前隔膜使用的PE或PP材料均可以滿足上述要求。通常，真空條件下，90℃恒溫60分鐘，隔膜橫向縱向收縮應小于5%。目前三十頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點⑧熱關閉溫度

熱關閉溫度：將模擬電池（兩平面電極中間夾一隔膜，使用通用鋰離子電池用電解液）加熱，當內阻提高三個數(shù)量級時的溫度。閉孔溫度：外部短路或非正常大電流通過時產生的熱量使隔膜微孔閉塞時的溫度。

熔融破裂溫度：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。⑨孔隙率

大多數(shù)鋰離子電池隔膜孔隙率在30%-50%之間?？紫堵实拇笮『蛢茸栌幸欢ǖ年P系，但不同種隔膜之間的空隙率的絕對值無法直接比較。目前三十一頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前三十二頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點鋰離子電池隔膜生產工藝聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學性能、化學穩(wěn)定性和相對廉價的特點。隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。盡管近年來有研究用聚偏氟乙烯、纖維素復合膜等材料制備鋰離子電池隔膜，但至今商品化的電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜?；w材料目前三十三頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點造孔工程技術生產工藝干法濕法單向拉伸工藝雙向拉伸工藝目前三十四頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點造孔工程技術干法單向拉伸工藝干法單向拉伸工藝是通過生產硬彈性纖維的方法，制備出低結晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成微晶，然后高溫下使微晶拉開、分離，形成微孔。該工藝經過幾十年的發(fā)展在美國、日本已經非常成熟，現(xiàn)在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復合膜。由于受國外專利保護及知識產權方面的制約，國內采用單向拉伸方法制備隔膜的工業(yè)化進展很慢。目前三十五頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點用這種方法生產的隔膜具有扁長的微孔結構，由于只進行單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差,但正是由于沒有進行橫向拉伸,橫向幾乎沒有熱收縮。干法單拉PP的微孔結構（20,000倍）目前三十六頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點造孔工程技術干法雙向拉伸工藝通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進劑，利用聚丙烯不同晶型間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生β晶型向α晶型轉變，晶體體積收縮形成微孔。干法雙拉PE的微孔結構

（20,000倍）微孔尺寸分布均勻膜厚度范圍寬橫向拉伸強度好抗穿刺強度高更適合動力電池目前三十七頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點造孔工程技術濕法濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點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)生相分離，拉伸后用有機溶劑萃取出小分子，可制備出相互貫通的微孔膜材料。采用該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等，目前主要用于單層的PE隔膜。目前三十八頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點濕法PE的微孔結構（20,000倍）雖然孔隙率和透氣性可控范圍大，但由于濕法工藝需要消耗大量的有機溶劑，一方面要考慮溶劑的回收利用，工藝復雜度增加，使成本增加，另一方面，污染環(huán)境。目前三十九頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前四十頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點從干、濕兩種方法上看，干法雙向拉伸工藝生產的隔膜在物理性能、機械性能方面更占優(yōu)勢，能夠滿足動力電池大電流充放電的要求。所以，干法雙向拉伸工藝生產的隔膜更適合應用于電動汽車用動力電池。目前四十一頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點目前四十二頁\總數(shù)五十六頁\編于十四點復合隔膜

此種隔膜