《鋰離子電池隔膜》ppt課件

1、鋰離子電池隔膜根底知識鋰離子電池隔膜根底知識l鋰離子電池隔膜簡介鋰離子電池隔膜簡介l鋰離子電池隔膜消費工藝鋰離子電池隔膜消費工藝l隔膜市場現(xiàn)狀隔膜市場現(xiàn)狀l隔膜部分消費設(shè)備隔膜部分消費設(shè)備 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(fù)極，防止短路的作用；另一方面，隔膜可以讓鋰離子經(jīng)過，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物圖l具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機械隔離；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，對鋰離子有很好的透過性；l耐電解液腐蝕，電化學(xué)穩(wěn)定性好；l對電解液的浸潤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，包括穿刺強度、拉伸強度等；l空間穩(wěn)定性和平整性好；l熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷維護性能好。厚度 對于耗費型鋰離子電池手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機中運用的電池，25微米的隔膜逐漸成為規(guī)范。然而，由于人們對便攜式產(chǎn)品的運用的日益增長，更薄的隔膜，比如說 20 微米、18 微米、16 微米、甚至更薄的隔膜開場大范圍的運用。 對于動力電池來說，由于裝配過程的機械要求，往往需求更厚的隔膜，當(dāng)然對于動力用大電池，平安性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同時意

3、味著更好的平安性，EV/HEV運用的是厚度為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，在一定壓力條件下經(jīng)過一定面積的隔膜所需求的時間。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)是沒有意義的，由于能夠兩種隔膜的微觀構(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來說微觀構(gòu)造是一樣的或可比較的。 浸潤度 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，這與隔膜資料本身和隔膜的外表及內(nèi)部微觀構(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，看能否液滴會迅速消逝被隔膜吸收 。 準(zhǔn)確判別：用超高時間分辨的攝像機記錄從液滴接觸隔膜到液滴消逝的過程，計算時間，經(jīng)過時間的長短來比較兩種隔膜的浸潤度。 化學(xué)穩(wěn)定性 要求隔膜在電化學(xué)反響中是惰性的，且對強復(fù)原、強氧化不活潑，機械強度不衰減，不產(chǎn)生雜質(zhì)。普通以為，目前隔膜用資料PE或PP可滿足化學(xué)惰性要求。 孔徑 防止電極顆粒直接經(jīng)過隔膜 ，要求隔膜孔徑為0.01-0.1m,小于0.01m時，鋰離子穿透才干太小，大于0.1m時，電池

5、內(nèi)部枝晶生成時電池易短路。 目前所運用的電極顆粒普通在 10 微米的量級，而所運用的導(dǎo)電添加劑那么在 10 納米的量級，不過很僥幸的是普通碳黑顆粒傾向于聚會構(gòu)成大顆粒。普通來說，亞微米孔徑的隔膜足以阻止電極顆粒的直接經(jīng)過，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度不是特別合理，但在微構(gòu)造一定的情況下，相對來說穿刺強度高的，其裝配不良率低。但單純

6、追求高穿刺強度，必然導(dǎo)致隔膜的其他性能下降。熱穩(wěn)定性 隔膜需求在電池運用的溫度范圍內(nèi)-2060堅持熱穩(wěn)定。普通來說目前隔膜運用的PE或PP資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(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，運用通用鋰離子電池用電解液加熱，當(dāng)內(nèi)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經(jīng)過時產(chǎn)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(dāng)溫度超越試樣熔點使試樣發(fā)生破裂時的溫度?？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、隙率的絕對值無法直接比較。 聚烯烴資料具有優(yōu)良的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價的特點。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隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)絡(luò)。雖然近年來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?；w資料基體資料造孔工程技術(shù)造孔工程技術(shù)消費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)過消費硬彈性纖維的方法，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、下進展拉伸構(gòu)成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開，構(gòu)成微孔。 該工藝經(jīng)過幾十年的開展在美國、日本曾經(jīng)非常成熟，如今美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝消費單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復(fù)合膜。由于受國外專利維護及知識產(chǎn)權(quán)方面的制約，國內(nèi)采用單向拉伸方法制備隔膜的工業(yè)化進展很慢。 用這種方法消費的隔膜具有扁長的微孔構(gòu)造，由于只進展單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差,但正是由于沒有進展橫向拉伸,橫向幾乎沒有熱收縮。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科學(xué)院化學(xué)研討所在

9、20世紀(jì)90年代初開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝CN1062357。經(jīng)過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度好橫向拉伸強度好抗穿刺強度高抗穿刺強度高更適宜動力電池更適宜動力電池造孔工程技術(shù)濕法濕法 濕法又稱相分別法或熱致相分別法，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)生相分別，拉伸后用有機溶劑萃取出小分子，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大量的有機溶劑，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的隔膜在物理性能、機械性能方面更占優(yōu)勢，可以滿足動力電池大電流充放電的要求。所以，干法雙向拉伸工藝消費的隔膜更合順運用于電動汽車用動力電池。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，中部的三層膜在溫度升高時，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，隔膜還可以堅持一定的度，隔膜還可以堅持一定的平安性，因此三層膜也較適用平安性，因此三層膜也較適用于動力電池。目前于動力電池。目前CelgardCelgard與與UBEUBE掌握此種技術(shù)及專利權(quán)。掌握此種技術(shù)及專利權(quán)。隔膜性能對電池性能的影響隔膜性能對電池性能的影響國內(nèi)隔膜的總體程度落后國內(nèi)隔膜的總體程度落后 國內(nèi)由于多方面技術(shù)上的綜合差距，不能到達國外一樣的精細(xì)控制。產(chǎn)品差距主要在于厚度、強度、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。 因此研討開發(fā)低本錢、制造工藝簡單、孔徑尺寸適當(dāng)、空隙率高、機械強度能滿足要求的微孔聚合物隔膜對于提高電池性能和降低電池本錢具有重要的實踐意義。 全球主要隔膜消費企業(yè)產(chǎn)能分布全球主要隔膜消費企業(yè)產(chǎn)能分布20212021年年廠商美國Celgard宇部UBE格瑞恩佛山金輝星源材質(zhì)新時科技產(chǎn)能Mm2/年 110