作为锂电池重要材料的隔膜 你真的了解吗？
来源：宝鄂实业
2019-06-21 15:52
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隔膜位于正极和负极之间，主要作用是将正负极活性物质分隔开，防止两极因接触而短路；此外在电化学反应时，允许电解液中的锂离子自由通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜材质是不导电的，电池的种类不同，采用的隔膜也不同。
锂离子电池主要有正极材料、负极材料电解液和电池隔膜四部分组成，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。隔膜成本占锂电池成本的6%左右。
隔膜产品形态：
锂电池隔膜产品分类及锂电池结构：
其中隔膜用的材料主要包括聚丙烯树脂、聚乙烯树脂和添加剂。
3、隔膜工艺路线
隔膜在锂电池中主要作用是防止正负极短路，同时在充放电过程中提供离子运输的通道。隔膜材料与高电化学活性的正负极材料应具备优良的相容性，同时还应具备优良的稳定性、耐溶剂性、离子导电性、电子绝缘性、较好的机械强度、较高的耐热性及熔断隔离性。在满足锂电池的特殊需求的同时，还要满足制膜工艺的可行性，涉及多学科领域。
隔膜从生产工艺可分干法和湿法两大类，湿法隔膜微孔尺寸和分布均匀，抗拉强度和穿刺强度均好于干法隔膜，但是PE材料熔点较PP 低30 度左右，高温收缩率较难控制，因此更适合生产较薄的产品，此前主要应用于数码电池。电动汽车使用环境相对严苛，对安全性要求较高，此前以磷酸铁锂为代表的技术路线，主要使用干法单拉隔膜。
近年来，随着陶瓷涂布技术的发展，湿法涂瓷隔膜克服了熔点低、收缩率高的缺陷，其厚度薄的优点可以提高动力电池体积能量密度，鉴于国家补贴政策往高能量密度电池倾斜，因此湿法隔膜更适于三元电池主导的乘用车、专用车使用。
（1）三种工艺路线的产品电镜图和优劣势分析
干法主要是物理拉伸、结晶和淬取，而湿法工艺的原理是相位分离。干法制备工艺不包括相分离过程，工艺相对简单，无污染，世界上大多厂商采用该方法。湿法制备的隔膜微孔分布均匀性好，孔径大小合适，闭孔温度低，双向拉伸强度高，刺穿强度高，可以制备较薄的隔膜，更能满足中高端电池的要求。
锂电隔膜生产工艺对比：
（2）干法工艺流程
干法工艺流程分为①投料：将PP 及添加剂等原料按照配方预处理后输送至挤出系统。②流延：将预处理的原料在挤出系统中经熔融塑化后从模头挤出熔体，熔体经流延后形成特定结晶结构的基膜。③热处理：将基膜经热处理后得到硬弹性薄膜。④拉伸：将硬弹性薄膜进行冷拉伸和热拉伸后形成纳米微孔膜。⑤分切：将纳米微孔膜根据客户的规格要求裁切为成品膜。
（3）湿法工艺流程
湿法工艺流程分为①投料：将PE、成孔剂等原料按照配方进行预处理输送至挤出系统。②流延：将预处理的原料在双螺杆挤出系统中经熔融塑化后从模头挤出熔体，熔体经流延后形成含成孔剂的流延厚片。③纵向拉伸：将流延厚片进行纵向拉伸。④横向拉伸：将经纵向拉伸后的流延厚片横向拉伸，得到含成孔剂的基膜。⑤萃取：将基膜经溶剂萃取后形成不含成孔剂的基膜。⑥定型：将不含成孔剂的基膜经干燥、定型得到纳米微孔膜。⑦分切：将纳米微孔膜根据客户的规格要求裁切为成品膜。
湿法隔膜适合生产较薄的单层PE 隔膜，但投资成本较高，代表企业有日本旭化成、东燃化学、韩国SKI和中国的金辉高科、纽米科技等。
湿法工艺也需要进行拉伸，与干法工艺的区别在于需要使用有机溶剂进行萃取。湿法工艺采用的是热值相分离原理，先将PE、成孔剂等原料按照配方进行预处理，经熔融塑化后从模头挤出后形成含成孔剂的流延厚片，然后将流延厚片进行拉伸得到含成孔剂的基膜，该基膜经溶剂萃取后便得到不含成孔剂的隔膜。与干法工艺相比，湿法工艺的投资成本较高，生产的隔膜有更高的孔隙率和透气性，而且厚度的控制性更强，能够生产更轻薄的隔膜。
（4）涂覆工艺进一步提升湿法隔膜技术门槛
三元正极材料相对传统磷酸铁锂正极而言，能量密度提升明显，但是安全性也相对较低，因此对动力电池隔膜提出更高要求，为提高湿法隔膜的安全性，目前往往需要隔膜涂覆以提高稳定性和强度。、
目前陶瓷涂布技术主要还存在涂层附着力、均一度及吸水等问题，这取决于陶瓷材料及涂布的工艺。若陶瓷层不够致密，则对耐热性改善不明显；若过于致密，则会堵孔，使得电池循环差、倍率差，因此氧化铝的选择和涂覆方式的选择尤为重要。另外，隔膜涂覆是一个系统工程，需要隔膜厂商单独开发出相应的基材，再进行处理，通常用的隔膜直接涂覆效果不太理想。
