鋰離子電池分離器主要技術(shù)進(jìn)展

目前，由于原料物理性能的限制，商用聚丙烯和聚乙烯隔膜在潤濕性、離子導(dǎo)電性和耐高溫性方面難以提高，性能提高的空間相對有限。為了制備滿足市場需求的高性能鋰橫膈膜，目前的研究目標(biāo)主要是提高橫膈膜的安全性和離子導(dǎo)電性。安全性的提高主要取決于熱穩(wěn)定性的提高，而離子導(dǎo)電性的提高則取決于隔膜對電解質(zhì)的潤濕性的提高，這可以通過表面改性、涂層、新材料體系的開發(fā)和新的加工技術(shù)來實現(xiàn)。1。通過添加或復(fù)合具有親水耐高溫性能的單層聚烯烴薄膜對聚烯烴進(jìn)行表面改性，以獲得性能更好的復(fù)合薄膜，是制備高性能薄膜的主要研究方向。目前常用的工藝有涂層、浸涂、噴涂、復(fù)合等。2。聚烯烴陶瓷復(fù)合膜聚烯烴有機(jī)膜具有良好的力學(xué)性能和低成本，但在熱穩(wěn)定性和親水性方面存在一些不足。作為電池隔膜，其安全性能有待提高。因此，在聚烯烴基膜上包覆無機(jī)陶瓷粒子制備復(fù)合膜的技術(shù)應(yīng)運而生。雖然陶瓷涂層對電池性能的影響還需要更深入的研究和評價才能得出最終結(jié)論，但這項技術(shù)已經(jīng)被許多隔膜企業(yè)和電池企業(yè)所模仿，并得到了迅速的推廣。在聚合物陶瓷復(fù)合膜中，聚烯烴有機(jī)微孔膜為滿足電池組裝工藝的要求提供了靈活性。無機(jī)陶瓷顆粒在復(fù)合膜中形成剛性骨架，防止隔膜在高溫下收縮甚至熔化，從而提高電池的安全性能。膠粘劑對陶瓷復(fù)合膜的表面性能、孔結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度有重要影響。常用的膠粘劑有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、丁苯橡膠（SBR）等3種。根據(jù)新材料系統(tǒng)中使用的材料，電池分離器可分為聚烯烴改性分離器和新材料系統(tǒng)分離器。其中，新材料體系主要包括含氟聚合物、纖維素、聚酰亞胺（PI）、聚酯（PET）等聚合物陶瓷復(fù)合隔膜。氟化聚合物隔膜，主要指聚偏氟乙烯隔膜材料。從材料的角度，可分為三類：單聚合物、多聚合物和有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物。最常用的單體聚合物包括聚偏氟乙烯、p（vdf-hfp）（聚偏氟乙烯六氟丙烯）和p（vdf-trfe）（聚偏氟乙烯三氟乙烯）。與聚烯烴隔膜相比，氟化聚合物隔膜具有更強(qiáng)的極性和更高的介電常數(shù)，**提高了隔膜的親水性，有助于鋰鹽的電離。同時，這種材料的成型方法多種多樣，如鑄造、電紡、熱壓等，有利于控制氣孔率。近年來，以含氟材料為基礎(chǔ)的鋰橫膈膜已有許多報道。纖維素膜與聚烯烴膜性能相同，但資源豐富。同時，纖維素材料的初始分解溫度較高（>270C），纖維素材料的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于聚烯烴材料。早期纖維素材料具有優(yōu)異的快速充放電性能，但存在自放電現(xiàn)象，循環(huán)性能不穩(wěn)定，電壓電阻差。層可以調(diào)整光圈。這種薄膜最具代表性的是德國德固薩公司研制的一種聚酯無紡布陶瓷顆粒復(fù)合膜。這種商用薄膜具有優(yōu)異的耐熱性和高達(dá)220℃的封閉溫度，而且聚酰亞胺（PI）材料的熱穩(wěn)定性也很突出。以聚酯非織造布為涂層材料，通過在其上涂覆PI制備的復(fù)合薄膜作為鋰薄膜，具有穩(wěn)定的充放電循環(huán)性能和較低的熱收縮率。4。新工藝隔膜的研發(fā)有兩個核心內(nèi)容：一是新材料體系；二是實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的工藝方法。沒有有效的技術(shù)，無論材料有多好，它都不會成為一種被廣泛接受的商品。聚烯烴隔膜的常規(guī)制備方法是干濕法。然而，聚烯烴隔膜朝著更薄的方向發(fā)展，以滿足3C鋰離子電池的性能要求，是提高隔膜性能的關(guān)鍵。采用濕法法制備了康等鋰離子電池分離器。采用熔融擠出、成型、拉伸、萃取、熱定型等工藝制備了單層或多層聚乙烯分離器。分離器的厚度為5-40 um。如前文所述，薄膜厚度變薄會對機(jī)械性能產(chǎn)生影響。因此，以市場為導(dǎo)向的超薄膜的前提是其安全性能仍然足夠。相對而言，聚烯烴改性隔膜的涂膜技術(shù)和設(shè)備非常成熟。聚烯烴隔膜的涂膜改性是可行的，可以提高聚烯烴隔膜的耐熱性和電解質(zhì)的潤濕性。目前，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠家都致力于陶瓷膜的研究和開發(fā)。除了涂層方法外，靜電紡絲技術(shù)也在新隔膜的開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。吳大勇等研制了一種大流量靜電紡絲安全性高的耐高溫纖維/納米陶瓷復(fù)合膜。采用Kim等靜電紡絲技術(shù)制備了P（VDF-HFP）/PAN（聚丙烯腈）復(fù)合纖維膜。它們具有良好的力學(xué)性能和離子導(dǎo)電性，在鋰橫膈膜領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。此外，還可以通過同軸紡制備雙層纖維膜。綜合分析各種信息，2016年全球鋰電池隔膜銷量將達(dá)到18億平方米，動力電池隔膜比例將大幅提升。從政策上看，我國政府鼓勵電動汽車的發(fā)展，并計劃投入大量配套資金啟動電動汽車市場，因此動力鋰電池分離器具有巨大的市場潛力。因此，國內(nèi)高端隔膜市場以進(jìn)口產(chǎn)品為主的現(xiàn)狀亟待改變。加強(qiáng)自主研發(fā)，提高國內(nèi)隔膜質(zhì)量，打造品牌，打造龍頭企業(yè)，是當(dāng)務(wù)之急。在技術(shù)發(fā)展方面，隔膜從單一聚烯烴材料發(fā)展到多種材料和復(fù)合材料，從簡單結(jié)構(gòu)發(fā)展到復(fù)雜結(jié)構(gòu)。發(fā)展。研究的目的是為了提高電池的安全性，保證電池的動力性能。在鋰電池向高比能系統(tǒng)發(fā)展的過程中，新型隔膜的發(fā)展機(jī)遇將進(jìn)一步顯現(xiàn)。