锂离子电池隔膜简介

 ①基本概念

 

    隔膜是锂离子电池的关键内层组件之一，主要作用在于防止正负极材料接触导致短路，是保障电池安全的最重要部分之一。隔膜浸润在电解液中，表面上有大量允许锂离子通过的微孔。材料、厚度和微孔数量等特性都会影响锂离子穿过隔膜的速度，进而影响到电池的放电倍率、循环寿命等性能。隔膜是锂电材料中技术壁垒较高的材料。

 

    市场上通用的隔膜材料为聚烯烃隔膜材料：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），目前市场化的锂离子电池隔膜材料主要有PE单层、PE多层、PP单层和PP-PE-PP三层。

 

    国内隔膜主要有三种技术路线：干法单拉、干法双拉和湿法，由于干法双拉隔膜孔径的均匀性、一致性、稳定性差，只能用于中低端电池，因此并非主流的技术路线，外资供应商均不涉足。隔膜的主流制备工艺是干法单拉和湿法。干法单拉隔膜的优点是：成本低、环保、横向几乎没有热收缩、热稳定性好，但由于只进行了纵向拉伸而没有进行横向拉伸，使用时横向容易开裂，因此不能做的太薄，厚度一般在20至50微米。另外，用干法单拉隔膜批量生产的电池，内部微短路的机率较高，对电池的循环寿命不利。

 

    与干法单拉隔膜相比，湿法隔膜在生产过程中进行了双向拉伸，因此拉伸强度和穿刺强度都比较高，产品可以做的很薄，最薄可以做到5微米。另外短路率也比干法单拉隔膜低。湿法隔膜唯一的缺点是熔断温度低，耐热性差，在高温时的收缩率高达10%，可能引起极片外露。陶瓷涂覆工艺解决了湿法隔膜热稳定性差的缺陷。

 

三种隔膜生产工艺的优劣势对比

 

    ②涂覆隔膜是发展趋势

 

    聚烯烃类隔膜发展最早，制作工艺成熟，在目前占据绝对主流地位。但是，烯烃类隔膜的熔点较低，聚乙烯和聚丙烯的熔点分别为130℃和150℃左右，超过该温度隔膜就会融化导致电池发生短路，极端滥用情况下电池有可能迅速升温至200℃以上，造成局部隔膜材料的融化收缩，从而导致更大面积的内部短路。一些锂离子电池燃烧爆炸事件即因为隔膜在高温下融化导致。此外，动力电池需要经受严格的使用环境考验，经得起震动和碰撞的考验。在安全性能的碰撞试验中发现，单纯使用传统的聚烯烃类隔膜在电池碰撞中容易发生被刺穿的情况，隔膜破裂导致电池短路。为提高电池安全性，在聚烯烃隔膜上涂覆陶瓷等纳米材料或采用新基体材料成为未来技术发展趋势。

 

    涂覆隔膜与普通聚烯烃隔膜相比，具备热稳定性高、热收缩低、与电解液浸润性高的优点，能够提高电池的安全性。涂覆隔膜是利用粘结剂在聚烯烃基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝，该技术主要应用在湿法工艺上。由于涂覆材料的耐温性能较高，在高温下起到支撑作用，能够防止隔膜整体热失控，耐受高温可达到180℃。在130℃的温度下，不加涂覆的PE隔膜热收缩率在10%以上，隔膜的热收缩也会致使正负极材料出现接触而导致电池发生短路，而进行涂覆加工之后的隔膜收缩率小于2%，而且涂覆材料还大大提高了隔膜的抗刺穿能力，进一步提高了电池的安全性。此外，无机颗粒能够与电解液保持更高的浸润性，进而降低电池的内阻，并提高电池的放电功率。在进行了陶瓷或PVDF涂覆之后，湿法隔膜唯一的热稳定性差的劣势得到了弥补，在性能上较干法单拉隔膜已是全面领先。