鋰離子電池介紹

1、鋰離子電池一、電池從1799年伏打發(fā)明了伏打電池(Volta cell)至今，化學(xué)電源已有200多年的發(fā)展歷史。1859年普蘭特( Plante)發(fā)明的鉛酸蓄電池，是世界上第一個(gè)可充電的電池;1895年瓊格(hunger)發(fā)明了鎳鎘蓄電池。由于鎘的毒性和鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，被隨之發(fā)展起來(lái)的鎳氫電池（MH-Ni）部分取代。在200余年的發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)家們研究過(guò)多種不同的電池，但能夠真正在生活中使用的電池只有一小部分。隨著人們對(duì)電池結(jié)構(gòu)、制作工藝和電極材料等方面的改進(jìn)，化學(xué)電源得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，新型電池推出換代從以前的幾十年達(dá)到現(xiàn)在的十幾年甚至幾年一代的速度。鋰離子電池的研究始于1990年日本研

2、制成出以石油焦為負(fù)極，以鉆酸鋰為正極的鋰離子電池;同年日本Sony和加拿大Modi兩大電池公司宣稱將推出以碳為負(fù)極的鋰離子電池，宣布了鋰離子二次電池工業(yè)化的開(kāi)始。1.什么叫電池？電池即一種化學(xué)電源，它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極，兩電極浸泡在能提供媒體傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中，當(dāng)連接在某一外部載體上時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來(lái)提供電能。目前的電池通常分為兩類:一次電池或原電池;二次電池或蓄電池。前者基本上只能放電一次，放電結(jié)束后，不能再使用。后者則是放電結(jié)束后，可以進(jìn)行充電，然后又可以進(jìn)行放電，反復(fù)使用多次。2.一次電池與二次電池的區(qū)別？一次電池是指只能進(jìn)行一次的完全放電的電池；二次

3、電池則是可反復(fù)充放電循環(huán)使用，放電時(shí)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電能，通以反向電流(充電)時(shí)則可使體系回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，即將電能以化學(xué)能形式重新儲(chǔ)存起來(lái)，電極體積和結(jié)構(gòu)之間發(fā)生可逆變化。一次電池的質(zhì)量比容量和體積比容量均大于一般二次電池，但內(nèi)阻遠(yuǎn)比二次電池大，因此負(fù)載能力較低。一次電池價(jià)格便宜，使用過(guò)程輕松無(wú)須維護(hù)，壽命終了時(shí)輸出能力不會(huì)陡然下降。但是放電電壓特性較軟因其內(nèi)阻相對(duì)較大,也導(dǎo)致其輸出大電流的能力不及二次電池，用掉即扔卻不環(huán)保,單只價(jià)廉常用卻不及用蓄電池經(jīng)濟(jì)?？沙潆婋姵氐膬?yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，它們有些可充放電1000多次，即使價(jià)格比一次電池要貴，但從長(zhǎng)期使用的觀點(diǎn)來(lái)看，則很經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而且可充電電

4、池的負(fù)荷力要比絕大部分一次電池高。二次電池可以制成各種大小或型號(hào)的電池，例如小型電池有手表或計(jì)算器等用電池，也有電站用于電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的大型電池。電池市場(chǎng)也非常廣大，例如1991年世界電池產(chǎn)值為210億美元，其中40%為原電池，60%為充放電電池。當(dāng)然，其市場(chǎng)目前正在迅速發(fā)展。3. 一、二次電池的種類？一次電池主要包括鋅錳電池、鋅銀電池、鋅空(氣)電池和鋰一次電池等。由于各種型號(hào)的原電池氧化還原反應(yīng)的可逆性很差，放完電后，不能重復(fù)使用，故又稱一次電池。其廣泛用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)防工業(yè)和通信、照明、醫(yī)療等部門(mén)，并成為日常生活中收音機(jī)、錄音機(jī)、照相機(jī)、計(jì)算器、電子表、玩具、助聽(tīng)器等常用電器的電源。原電池按

5、負(fù)極活性物質(zhì)（如鋅、鎘、鎂、鋰等）和正極活性物質(zhì)（如錳、汞、二氧化硫、氟化碳等）分為鋅錳電池、鋅空氣電池、鋅銀電池、鋅汞電池、鎂錳電池、鋰氟化碳電池、鋰二氧化硫電池等。鋅錳電池產(chǎn)量最大，常按電解質(zhì)分為氯化銨型和氯化鋅型，并按其隔離層分為糊式電池和低極電池。以氫氧化鉀為電解質(zhì)的鋅錳電池，由于其負(fù)極(鋅)的構(gòu)造與其他鋅錳電池不同而習(xí)慣上另作一類，稱為堿性鋅錳電池，簡(jiǎn)稱堿錳電池，俗稱堿性電池。二次電池主要包括鉛酸蓄電池、鎘鎳電池；氫鎳電池；鋰離子電池等。鉛酸蓄電池:鉛酸蓄電池是指電極由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。它是日前世界上廣泛使用的一種化學(xué)電源，具有電壓平穩(wěn)、安全可靠、價(jià)格低

6、廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優(yōu)點(diǎn)，是世界上各類電池中產(chǎn)量最大、用途最廣的一種電池。日前在各類電池中占30%左右的比例，在一次電池中更是占到了70%以上的市場(chǎng)份額。過(guò)去生產(chǎn)主要集中在西歐、美國(guó)、日本等地區(qū)，由于競(jìng)爭(zhēng)激烈和環(huán)保原因，近年來(lái)歐美鉛酸電池廠合并趨勢(shì)加強(qiáng)，世界范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和企業(yè)整合現(xiàn)象明顯，生產(chǎn)集中度進(jìn)一步提高，中國(guó)、巴西、墨西哥等國(guó)家和地區(qū)日前成為主要生產(chǎn)地。鉛酸電池除了存在污染、循環(huán)壽命短等問(wèn)題，別的方面優(yōu)勢(shì)很明顯，尤其是價(jià)格方面，預(yù)計(jì)未來(lái)3-5年仍然會(huì)占有很大的市場(chǎng)份額，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。鎳鎘電池:它是由兩個(gè)極板組成，一個(gè)是用鎳做的，另一個(gè)是鎘做的，這兩種金

7、屬在電池中發(fā)生可逆反應(yīng)，因此電池可以重新充電。鎳鎘電池的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)實(shí)、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是鎘金屬對(duì)環(huán)境有污染，電池容量小，壽命短，所以鎳鎘電池是最低檔的電池，有記憶效應(yīng)，每次充電都須先放電，否則它的記憶功能將大大降低乎機(jī)的充電量，只有將電池中的余電放凈后再進(jìn)行充電才能保持電池的充電量。由于鎘的毒性和鎘鎳電池的記憶效應(yīng)，鎳鎘電池被隨之發(fā)展起來(lái)的鎳氫電池部分取代，但在便攜式電動(dòng)工具方面，鎳鎘電池中的SC型、C型、D型電池仍為首選。目前，日本等發(fā)達(dá)國(guó)家出于降低成本和環(huán)保考慮，己將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到國(guó)外，我國(guó)己經(jīng)成為世界鎳鎘電池的主要生產(chǎn)基地。但由于國(guó)內(nèi)環(huán)保也在日益重視，國(guó)家對(duì)鎳鎘電池生產(chǎn)有很大限制，出口退稅也全部

8、取消，市場(chǎng)萎縮很快，其前景不容樂(lè)觀。鎳氫電池:鎳氫電池是早期的鎳鎘電池的替代產(chǎn)品，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始投放場(chǎng)。鎳氫電池和鎳鎘電池外形上相似，而目鎳氫電池的正極與鎳鎘電池也基本相同，都是以氫氧化鎳為正極，主要區(qū)別在于鎳鎘電池負(fù)極板采用的是鎘活性物質(zhì)，而鎳氫電池是以高能貯氫合金為負(fù)極，因此鎳氫電池具有更大的能量。同時(shí)鎳氫電池在電化學(xué)特性方面與鎳鎘電池亦基本相似，故鎳氫電池在使用時(shí)可完全替代鎳鎘電池，而不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何改造。由于鎳氫電池缺點(diǎn)是價(jià)格比鎳鎘電池要貴，性能比鋰電池要差，在移動(dòng)電話、筆記本電腦等領(lǐng)域被錳酸鋰等鋰電池取代，作為動(dòng)力電池在便攜式電器市場(chǎng)、電動(dòng)工具、電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)開(kāi)始萎縮，主要是

9、被錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池取代。鎳氫電池最終將被市場(chǎng)所淘汰。 鋰離子電池:整個(gè)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，自商業(yè)化以來(lái)，不斷占領(lǐng)鎳鎘電池和鎳氫電池的市場(chǎng)。目前，鋰離子電池在整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)中是最受人矚目的，其中目前使用最廣泛的是鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池，但未來(lái)行業(yè)格局會(huì)有所變化，應(yīng)用在手機(jī)、電腦和數(shù)碼產(chǎn)品中的鈷酸鋰電池會(huì)逐漸被一元/二元聚合物鋰電池取代，而作為高倍率動(dòng)力電池，錳酸鋰電池也將逐漸被磷酸鐵鋰電池取代。由于鋰離子電池技術(shù)發(fā)展速度迅猛，很多電池只能僅僅作為過(guò)渡電池(不能完全消除安全隱患)，只有聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰電池代表了鋰離子電池發(fā)展的方向。1.高的能量密度目前商業(yè)化的鋰離子電池的能量密度約

10、為260270KWh/m3，是鎳氫，鎳鎘電池的2倍，鉛酸電池的3倍。與相同容量的鎳氫鎳鎘電池相比，鋰離子電池的重量減小了一半，體積縮小了20%50%。2.高的工作電壓一般鋰離子電池的工作電壓為3.7V左右，而鎳氫、鎳鎘電池的工作電壓為1.2V，鉛酸電池為2V左右。鋰離子電池較高的電壓使得要求相同的情況下，鋰離子電池的需求量大大的減少，能更好的使用于小型化的電子設(shè)備中。3.無(wú)記憶效應(yīng)和鎳鎘電池不同，鋰離子電池?zé)o因重復(fù)的淺充放電而引起充電容量減少的記憶效應(yīng)。因此什么時(shí)候都能充電。所謂記憶效應(yīng)，是指當(dāng)電池放電不完全時(shí)，電池內(nèi)部發(fā)生大塊結(jié)晶而造成阻礙電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致電池容量減少。此現(xiàn)象對(duì)

11、于鎳鎘電池尤為明顯，當(dāng)電池有數(shù)次的充放電不良，就可造成電池使用容量降低，所以在使用十次左右時(shí)，應(yīng)對(duì)鎳鎘電池進(jìn)行完全的充放電。當(dāng)然，這種容量下降并不是真的減少了電池的容量，當(dāng)電池有了記憶效應(yīng)時(shí)，則可以連續(xù)做三次至五次充放電來(lái)釋放記憶，恢復(fù)電池減少的那部分容量。鎳氫電池的記憶效應(yīng)較弱，在約使用過(guò)50次后，做一次完全的充放電即可。4.無(wú)污染 鋰離子電池不存在鎳鎘電池中有的Cd金屬，鉛酸電池中有的Pd金屬等嚴(yán)重對(duì)人體有毒的物質(zhì)，所以相對(duì)污染很小。表1：幾種二次電池性能表鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池商品化時(shí)程1956年1990年1990年1992年工作電壓(V)2V1.2V1.2V3.7V克電容量

12、(mAh/g)140-150體積能量密度(wh/L)100150250400重量能量密度(wh/Kg)305770133功率(W/Kg)300190200430循環(huán)壽命(cycle life)400500以上500以上50010005.另外還有一些新型電池如燃料電池以及其他能量轉(zhuǎn)換電池如太陽(yáng)電池、溫差電池、核電池等。燃料電池 燃料電池是把燃料在燃燒過(guò)程中釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。與蓄電池不同之處，是它可以從外部分別向兩個(gè)電極區(qū)域連續(xù)地補(bǔ)充燃料和氧化劑而不需要充電。燃料電池由燃料（例如氫、甲烷等）、氧化劑（例如氧和空氣等）、電極和電解液等四部分構(gòu)成。其電極具有催化性能，且是多孔結(jié)構(gòu)的，以

13、保證較大的活性面積。工作時(shí)將燃料通入負(fù)極，氧化劑通入正極，它們各自在電極的催化下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)以獲得電能。燃料電池把燃燒反應(yīng)所放出的能量直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所以它的能量利用率高，約等于熱機(jī)效率的2倍以上。此外它還有下述優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備輕巧；不發(fā)噪音，很少污染；可連續(xù)運(yùn)行；單位重量輸出電能高等。因此，它已在宇宙航行中得到應(yīng)用，在軍用與民用的各個(gè)領(lǐng)域中已展現(xiàn)廣泛應(yīng)用的前景。太陽(yáng)電池 把太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。當(dāng)日光照射時(shí)，產(chǎn)生端電壓，得到電流，用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船中的太陽(yáng)電池是半導(dǎo)體制成的（常用硅光電池）。日光照射太陽(yáng)電池表面時(shí)，半導(dǎo)體PN結(jié)的兩側(cè)形成電位差。其效率在百分之十以上，典型的輸出功率是5

14、10毫瓦每平方厘米（結(jié)面積）。溫差電池 兩種金屬接成閉合電路，并在兩接頭處保持不同溫度時(shí)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即溫差電動(dòng)勢(shì)，這叫做塞貝克效應(yīng)（見(jiàn)溫差電現(xiàn)象），這種裝置叫做溫差電偶或熱電偶。金屬溫差電偶產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)較小，常用來(lái)測(cè)量溫度差。但將溫差電偶串聯(lián)成溫差電堆時(shí)，也可作為小功率的電源，這叫做溫差電池。用半導(dǎo)體材料制成的溫差電池，溫差電效應(yīng)較強(qiáng)。核電池 把核能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置(目前的核發(fā)電裝置是利用核裂變能量使蒸汽受熱以推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，還不能將核裂變過(guò)程中釋放的核能直接轉(zhuǎn)換成電能）。通常的核電池包括輻射射線（高速電子流）的放射性源（例如鍶-90），收集這些電子的集電器，以及電子由放射性源到集電

15、器所通過(guò)的絕緣體三部分。放射性源一端因失去負(fù)電成為正極，集電器一端得到負(fù)電成為負(fù)極。在放射性源與集電器兩端的電極之間形成電位差。這種核電池可產(chǎn)生高電壓，但電流很小。它用于人造衛(wèi)星及探測(cè)飛船中，可長(zhǎng)期使用。二、鋰離子電池1.鋰離子電池分類根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IP)兩大類。液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2等，負(fù)極使用各種碳

16、材料如石墨，同時(shí)使用鋁、銅做集流體。主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來(lái)代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會(huì)象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高。基于

17、以上優(yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。液體電池按照外殼的不同又分為鋼殼，鋁殼，軟包裝鋁塑膜（業(yè)界現(xiàn)在都把它稱為聚合物電池,不是真正意義上的聚合物電池）三種。鋼殼便宜，但是其安全性較差，殼體會(huì)生銹，所以都不會(huì)用來(lái)做高端電池了。鋁殼電池的生產(chǎn)工藝相似，電池正極基體也是鋁箔，即將正極與殼體相連，與常規(guī)電池的正負(fù)極位置相反。軟包電池的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于電池的重量低，形狀大小較高控制，安全系數(shù)高。鋁塑膜是一種內(nèi)層為聚乙烯，中間位鋁層，外層為尼龍的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。里面的電液不能通過(guò)聚乙烯腐蝕鋁層，外面尼龍又防止空氣氧化起到保護(hù)鋁層的作用。鋁塑膜靠熱封機(jī)在180左右封口的，如果不慎封壞內(nèi)層氯乙烯就將導(dǎo)致電

18、池微露電的情況。并且因?yàn)橥鈿さ能涹w薄膜結(jié)構(gòu)，所以電池出現(xiàn)外觀不良（被濺出電液腐蝕，被鋒利物體劃傷等），超厚等現(xiàn)象。   表2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)比較電解質(zhì)殼體/包裝隔膜集流體液態(tài)硬殼鋰離子電池液態(tài)不銹鋼、鋁PE/PP銅箔和鋁箔液態(tài)軟包鋰離子電池液態(tài)鋁/PP復(fù)合膜PE/PP銅箔和鋁箔聚合物鋰離子電池膠體聚合物鋁/PP復(fù)合膜沒(méi)有隔膜銅箔和鋁箔2.鋰離子電池的構(gòu)造：圖1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)（圓柱形）鋰離子電池的構(gòu)造一般分為：正極、負(fù)極、隔膜、電解液和外殼五個(gè)部分。（1）正極是指電源中電位（電勢(shì)）較高的一極。導(dǎo)電集流體使用厚度10-20微米的電解鋁箔，表面涂覆活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)

19、電劑等。正極材料現(xiàn)在所使用的活性物質(zhì)主要有：鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。鈷酸鋰克容量可達(dá)到130-140 mAh/g，電化學(xué)性能優(yōu)越，產(chǎn)品性能穩(wěn)定, 一致性好，該類電池除了具有高電容量及高能量密度的優(yōu)點(diǎn)之外，溫度特性及電池壽命的表現(xiàn)也不俗。但是鈷電池的產(chǎn)品安全性較讓人憂心，尤其近幾年來(lái)手機(jī)用鋰電池的爆炸與起火事件頻頻傳出，更使得人們對(duì)于鋰鈷電池的信任度下降。改善鋰電池正極材料技術(shù)以提升安全性、增加電池蓄電量及降低成本為三大發(fā)展主軸。繼鋰鈷之后，陸續(xù)有鋰錳、鋰鎳、鋰鎳鈷及磷酸鋰鐵等正極材料陸續(xù)出現(xiàn)。鋰錳電池雖然安全性佳，但高溫特性及壽命短且錳酸鋰材料一般容量低；鋰鎳及鋰鎳鈷電池提升了容

20、量，但無(wú)法全然解決安全性問(wèn)題。相較而言，磷酸鋰鐵電池具有許多優(yōu)點(diǎn)，如循環(huán)性能好，可用超千次；并可大電流進(jìn)行快速充電。高溫特性佳、循環(huán)壽命長(zhǎng)及材料成本低等，且磷酸鋰鐵電池的安全性更為目前正極材料中之最佳者。惟該材料仍有體積能量密度較低及材料導(dǎo)電性差等缺點(diǎn)；體積能量密度低將限制該電池在手?jǐn)y式產(chǎn)品之應(yīng)用，而導(dǎo)電性則需仰賴制程技術(shù)來(lái)改善。正極材料優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià)磷酸鐵鋰因?yàn)楦叻烹姽β?、成本?約1830萬(wàn)元/噸)、可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng)(1000次以上)，在高溫高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高(300度高溫以上才有安全隱患)，具有很好的安全性能。最佳三元材料三元材料較好地兼?zhèn)淞蒜掑i鎳三者的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的不足，具有高

21、比容量、成本較低、循環(huán)性能穩(wěn)定、安全性能較好等特點(diǎn)。較佳錳酸鋰安全性比鈷酸鋰好很多，但高溫環(huán)境的循環(huán)壽命更差(500次)。較差鈷酸鋰最大的問(wèn)題是安全性差(150度高溫時(shí)易爆炸)、成本高、循環(huán)壽命短。最差（2）負(fù)極是指電源中電位（電勢(shì)）較低的一極。其一般是將碳材料為活性物質(zhì)涂覆于很薄的銅箔上?；钚晕镔|(zhì)為一般有石墨，類石墨或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳與一些導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。負(fù)極材料種類能量密度（mAh/g）理論值（mAh/g）石墨天然320-340372類石墨240-360非石墨焦炭180-220300碳黑150-280350（3）有機(jī)電解液溶解有六氟磷酸鋰(LiPF6) 的碳酸酯類

22、溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。有些廠家專注生產(chǎn)一些功能性電液，如高、低溫電液，高倍率專用電液等，其特點(diǎn)就是加些功能性添加劑。電解液有效物質(zhì)為六氟磷酸鋰(LiPF6)。有機(jī)溶劑一般有：EC（碳酸乙烯酯）+ DEC（碳酸二甲酯）+PC（碳酸丙烯酯）。（4）電池外殼分為鋼殼（現(xiàn)在方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。（5）隔膜的作用是防止電池正負(fù)極間短路同時(shí)保證電池間電解液能自由通過(guò)使電池正常工作。目前市場(chǎng)化的鋰離子電池隔膜為PP、PE的聚烯烴隔膜，包括單層PP、單層PP和三層復(fù)合膜等形式。鋰離子電池用隔膜一般分為干法和濕法兩

23、種。干法有分為分為單向拉伸和雙向拉伸。干法單向拉伸工藝是通過(guò)生產(chǎn)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，再高溫退火獲得高結(jié)晶度的取向薄膜。這種薄膜先在低溫下進(jìn)行拉伸形成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開(kāi)，形成微孔。該工藝經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展在美國(guó)、日本已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在美國(guó)Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產(chǎn)單層PP、PE以及三層PP/PE/PP復(fù)合膜。美國(guó)Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列專利，日本UBE公司是購(gòu)買(mǎi)了Celgard的相關(guān)專利使用權(quán)。用這種方法生產(chǎn)的隔膜具有扁長(zhǎng)的微孔結(jié)構(gòu)，由于只進(jìn)行單向拉伸，隔膜的橫向強(qiáng)度比較差，但正是由于沒(méi)有進(jìn)行橫向拉伸，

24、橫向幾乎沒(méi)有熱收縮。干法雙向拉伸工藝是中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所在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）。通過(guò)在聚丙烯中加入具有成核作用的晶型改進(jìn)劑，利用聚丙烯不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過(guò)程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔，用于生產(chǎn)單層PP膜。國(guó)內(nèi)格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時(shí)科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點(diǎn)的烴類液體或低分子量的物質(zhì)與聚烯烴樹(shù)脂混合，加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上，然后降溫發(fā)生相分離，再以縱向或雙軸向?qū)Ρ∑鋈∠蛱幚?，最后用易揮發(fā)的溶劑提取液體?？芍苽涑鱿嗷ヘ炌ǖ奈⒖啄げ牧?，適用的材料廣。采用

25、該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國(guó)Entek等，用濕法雙向拉伸方法生產(chǎn)的隔膜由于經(jīng)過(guò)了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強(qiáng)度。目前主要用于單層的PE隔膜。從理論上分析，干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜經(jīng)過(guò)雙向拉伸，在縱向拉伸強(qiáng)度相差不大的情況下，橫向拉伸強(qiáng)度要明顯高于干法的單向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜。物理性能和機(jī)械性能方面干法雙向拉伸工藝生產(chǎn)的隔膜更占優(yōu)勢(shì)。然而濕法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透氣性?？梢詽M足動(dòng)力電池的大電流充放的要求。但由于濕法采用聚乙烯基材，熔點(diǎn)只有140。所以熱穩(wěn)定性比較差。附表：隔膜生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 干法濕法生產(chǎn)方式單向拉伸雙向拉伸 工藝原理晶片分離晶型

26、轉(zhuǎn)換 方法特點(diǎn)設(shè)備復(fù)雜，精度要求高，投資大工藝復(fù)雜、控制難度高、環(huán)境友好設(shè)備復(fù)雜、投資較大，一般需成孔劑等添加劑輔助成孔設(shè)備復(fù)雜、投資較大、周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、成本高、能耗大產(chǎn)品特點(diǎn)微孔尺寸、分布均勻、微孔導(dǎo)通性好、能生產(chǎn)不同厚度的產(chǎn)品，能生產(chǎn)PP、PE產(chǎn)品和三層復(fù)合產(chǎn)品微孔尺寸、分布均勻，穩(wěn)定性差現(xiàn)只能生產(chǎn)較厚規(guī)格PP膜微孔尺寸、分布均勻，適宜生產(chǎn)較薄產(chǎn)品，只能生產(chǎn)PE膜廠家Celgard、UBE新鄉(xiāng)格瑞恩、桂林新時(shí)科技旭化成、東燃及美國(guó)Entek 隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”特點(diǎn)，而且項(xiàng)目周期很長(zhǎng)，投資風(fēng)險(xiǎn)較大，國(guó)內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)隔膜的企業(yè)僅有星源科技、金輝高

27、科、格瑞恩等三家企業(yè)。其中星源科技采用干、濕法兩條工藝、金輝高科采用濕法工藝、格瑞恩采用干法雙向拉伸工藝?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)隔膜的市場(chǎng)主要集中在中、低端小型鋰離子電池領(lǐng)域。 高端產(chǎn)品特別是動(dòng)力電池對(duì)隔膜的一致性要求極高。除了厚度、面密度、力學(xué)性能這些基本要求之外，對(duì)隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。因?yàn)槲⒖椎某叽绾头植贾苯佑绊懙礁裟さ目紫堵?、透氣性、吸液率。就?guó)內(nèi)現(xiàn)有的隔膜生產(chǎn)技術(shù)，隔膜的厚度、強(qiáng)度、孔隙率不能得到整體兼顧，量產(chǎn)批次穩(wěn)定性較差。2鋰離子電池的原理： 鋰離子電池工作圖鋰離子電池的工作原理是在電池充放電過(guò)程中，鋰離子在正負(fù)極間進(jìn)行嵌入和脫出的過(guò)程。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有

28、鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。 同樣道理，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。 在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極 負(fù)極 正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專家們又稱鋰離子電為搖椅式電池。 鋰離子電池?fù)u椅式結(jié)構(gòu)示意圖1. 鋰離子電池的反應(yīng)：以鈷酸鋰為例，鋰

29、離子電池的反應(yīng)表達(dá)式如下：當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，正極活性中的鋰離子（Li+）從正極脫出來(lái)，游離到電解液中，通過(guò)隔膜與電子結(jié)合嵌入到負(fù)極材料中。當(dāng)?shù)脤?duì)電池放電時(shí)，鋰離子又從負(fù)極材料中脫正極脫出來(lái)，游離到電解液中，通過(guò)隔膜重新嵌入到正極材料中。4.鋰離子電池的命名：鋰離子電池一般都采用外形尺寸和使用材料相結(jié)合的方式命名。方形鋰離子電池的一般命名規(guī)則是按照“厚度寬度高度”的尺寸，后面加上所使用的材質(zhì)命名。如063048S型號(hào)代表厚度為6毫米,寬度為30毫米,高度為48毫米,S代表鋼殼,A代表鋁殼電池;P代表聚合物電池。圓柱形二次鋰離子電芯的表示方法為：三個(gè)字母+五個(gè)數(shù)字。 第一個(gè)字母表示負(fù)極，I表示鋰

30、離子電池，L表示鋰電池；第二個(gè)字母表示正極的主要活性材料。C表示有一個(gè)鈷電極，M表示有一個(gè)錳電極；第三個(gè)字母表示電池的形狀，R表示圓柱形的電池。字母后前兩個(gè)數(shù)字表示電池的直徑，單位為mm；后兩個(gè)數(shù)字表示電池的高度的十倍，單位為mm。如：筆記本常用鋰離子電池ICR18650表示圓柱形鋰離子電芯，正極主要材料為鈷，直徑18mm，高度65mm。另外，電池還存在AA、AAA、C、SC、D型電池等稱謂。所謂的AA電池就是我們常說(shuō)的5號(hào)電池，而AAA電池就是7號(hào)電池！AA、AAA、C、SC、D都是按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)命名的電池型號(hào)。 例如: AA就是我們通常所說(shuō)的5號(hào)電池，一般尺寸為：直徑14mm，高度49mm;

31、 AAA就是我們通常所說(shuō)的7號(hào)電池，一般尺寸為：直徑11mm，高度44mm。 SC多在電動(dòng)工具和攝像機(jī)以及進(jìn)口設(shè)備上能見(jiàn)到，電池高度42.0±0.5mm，直徑22.1±0.2mm。C型號(hào)也就是二號(hào)電池，用途不少，標(biāo)準(zhǔn)的C(平頭)電池高度49.5±0.5mm，直徑25.3±0.2mm。D型號(hào)就是一號(hào)電池，用途廣泛，民用，軍工，特異型直流電源都能找到D型電池，標(biāo)準(zhǔn)的D(平頭)電池高度59.0±0.5mm，直徑32.3±0.2mm。F型號(hào)電池，現(xiàn)在是電動(dòng)助力車(chē)，動(dòng)力電池的新一代產(chǎn)品，大有取代鉛酸免維護(hù)蓄電池的趨勢(shì)，一般都是作電池芯。標(biāo)準(zhǔn)的(

32、平頭)電池高度89.0±0.5mm，直徑32.3±0.2mm。另外，（平頭）字樣，指的是電池正極是平的，沒(méi)有突起，使用做電池組點(diǎn)焊使用的電池芯，一般同等型號(hào)尖頭的（可以用作單體電池供電的），在高度上就多了0.5mm。以此類推，我不逐一解釋。還有，電池很多的時(shí)候并不是規(guī)規(guī)矩矩的“AAA，AA，A，SC，C，D，N，F(xiàn)”這些主型號(hào)，前面還時(shí)常有分?jǐn)?shù)“1/3，2/3，1/2，2/3，4/5，5/4，7/5”，這些分?jǐn)?shù)表示的是池體相應(yīng)的高度，例如“2/3AA”就是表示高是一般AA電池的2/3的充電電池；再如“4/5A”就是表示高是一般A電池的4/5的充電電池。三名詞解釋和相關(guān)知識(shí)介紹：1.電池制備的工藝流程鋰離子電池的工藝技術(shù)非常嚴(yán)格、復(fù)雜，簡(jiǎn)單介紹一下其中的幾個(gè)主要工序。制漿：用專門(mén)的溶劑和粘結(jié)劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。涂膜：將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，