4種鋰電池隔膜新材料是否會(huì)給鋰電行業(yè)帶來改變？

時(shí)間:2018-09-17 17:08來源:化工學(xué)報(bào) 作者:綜合報(bào)道
點(diǎn)擊: 次
 
       作為鋰電池的關(guān)鍵材料，電池隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負(fù)極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時(shí)，隔膜對(duì)于保障電池的安全運(yùn)行也起至關(guān)重要的作用。
 
       我國鋰電池隔膜行業(yè)處于高速發(fā)展的階段，濕法隔膜逐漸成為主流的技術(shù)路線，但同時(shí)國產(chǎn)隔膜整體技術(shù)水平與國際一線公司技術(shù)水平還有較大差距。
 
       在技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，傳統(tǒng)的聚烯烴隔膜已無法滿足當(dāng)前鋰電池的需求，高孔隙率、高熱阻、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、對(duì)電解液具有良好浸潤性是今后鋰離子電池的發(fā)展方向。
 
       作為鋰電池的關(guān)鍵材料，隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負(fù)極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過，同時(shí)，隔膜對(duì)于保障電池的安全運(yùn)行也起至關(guān)重要的作用。
 
       在特殊情況下，如事故、刺穿、電池濫用等，會(huì)發(fā)生隔膜局部破損而造成正負(fù)極的直接接觸，從而引發(fā)劇烈的電池反應(yīng)造成電池的起火爆炸。
 
       因此，為了提高鋰離子電池的安全性，保證電池的安全平穩(wěn)運(yùn)行，隔膜必須滿足以下幾個(gè)條件：
 
       1.化學(xué)穩(wěn)定性：不與電解質(zhì)、電極材料發(fā)生反應(yīng)
 
       2.浸潤性：與電解質(zhì)易于浸潤且不伸長、不收縮
 
       3.熱穩(wěn)定性：耐受高溫，具有較高的熔斷隔離性
 
       4.機(jī)械強(qiáng)度：拉伸強(qiáng)度好，以保證自動(dòng)卷繞時(shí)的強(qiáng)度和寬度不變
 
       5.孔隙率：較高的孔隙率以滿足離子導(dǎo)電的需求
 
       當(dāng)前，市場(chǎng)上商業(yè)化的鋰電池隔膜主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)為主的微孔聚烯烴隔膜，這類隔膜憑借著較低的成本、良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在鋰電池隔膜中。
 
       但由于聚烯烴材料本身疏液表面和低的表面能導(dǎo)致這類隔膜對(duì)電解液的浸潤性較差，影響電池的循環(huán)壽命。
 
       另外，由于PE和PP的熱變形溫度比較低(PE的熱變形溫度80~85℃，PP為100℃)，溫度過高時(shí)隔膜會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的熱收縮，因此這類隔膜不適于在高溫環(huán)境下使用，使得傳統(tǒng)聚烯烴隔膜無法滿足現(xiàn)今3C產(chǎn)品及動(dòng)力電池的使用要求。
 
       針對(duì)鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展需求，研究者們?cè)趥鹘y(tǒng)聚烯烴隔膜的基礎(chǔ)上發(fā)展了各種新型鋰電隔膜材料。
 
       非織造隔膜通過非紡織的方法將纖維進(jìn)行定向或隨機(jī)排列，形成纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)，然后用化學(xué)或物理的方法進(jìn)行加固成膜，使其具有良好的透氣率和吸液率。
 
       天然材料和合成材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制備無紡布膜，天然材料主要包括纖維素及其衍生物，合成材料包括聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚酰胺(PA)、聚酰亞胺(PI)、芳綸(間位芳綸，PMIA;對(duì)位芳綸PPTA)等。
 
      聚對(duì)苯二甲酸乙二酯
 
       聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)是一種機(jī)械性能、熱力學(xué)性能、電絕緣性能均優(yōu)異的材料。PET類隔膜最具代表性的產(chǎn)品是德國Degussa公司開發(fā)的以PET隔膜為基底，陶瓷顆粒涂覆的復(fù)合膜，其表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能，閉孔溫度高達(dá)220℃。
 
PET隔膜充放電循環(huán)前(a)后(b)SEM圖
 
       湘潭大學(xué)肖啟珍等(2012)用靜電紡絲法制備了PET納米纖維隔膜，制造出的納米纖維隔膜具有三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如(b)圖，纖維平均直徑300nm，且表面光滑。
 
       靜電紡絲PET隔膜熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于PE膜，為255℃，最大拉伸強(qiáng)度為12Mpa，孔隙率達(dá)到89%，吸液率達(dá)到500%，遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的Celgard隔膜，離子電導(dǎo)率達(dá)到2.27×10-3Scm-1，且循環(huán)性能也較Celgard隔膜優(yōu)異，電池循環(huán)50圈后PET隔膜多孔纖維結(jié)構(gòu)依然保持穩(wěn)定，如(a)圖。
 
      聚酰亞胺
 
       聚酰亞胺(PI)同樣是綜合性能良好的聚合物之一，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較高的孔隙率，和較好的耐高溫性能，可以在-200~300℃下長期使用。
 
       Miao等(2013)用靜電紡絲法制造了PI納米纖維隔膜，該隔膜降解溫度為500℃，比傳統(tǒng)Celgard隔膜高200℃，如下圖，在150℃高溫條件下不會(huì)發(fā)生老化和熱收縮。
 
       其次，由于PI極性強(qiáng)，對(duì)電解液潤濕性好，所制造的隔膜表現(xiàn)出極佳的吸液率。靜電紡絲制造的PI隔膜相比于Celgard隔膜具有較低的阻抗和較高的倍率性能，0.2C充放電100圈后容量保持率依然為100%。
 
(a)Celgard、PI40μm、100μm隔膜150℃處理前(a，b，c)后(d，e，f)熱收縮;(b)倍率測(cè)試
 
      間位芳綸
 
       PMIA是一種芳香族聚酰胺，在其骨架上有元苯酰胺型支鏈，具有高達(dá)400℃的熱阻，由于其阻燃性能高，應(yīng)用此材料的隔膜能提高電池的安全性能。
 
       此外，由于羰基基團(tuán)的極性相對(duì)較高，使得隔膜在電解液中具有較高的潤濕性，從而提高了隔膜的電化學(xué)性質(zhì)。
 
       一般而言，PMIA隔膜是通過非紡織的方法制造，如靜電紡絲法，但是由于非紡織隔膜自身存在的問題，如孔徑較大會(huì)導(dǎo)致自放電，從而影響電池的安全性能和電化學(xué)表現(xiàn)，在一定程度上限制了非紡織隔膜的應(yīng)用，而相轉(zhuǎn)化法由于其通用性和可控制性，使其具備商業(yè)化的前景。
 
PMIA隔膜截面SEM圖和孔徑分布圖
 
       浙江大學(xué)朱寶庫團(tuán)隊(duì)(2016)通過相轉(zhuǎn)化法制造了海綿狀的PMIA隔膜，如圖，孔徑分布集中，90%的孔徑在微米以下，且拉伸強(qiáng)度較高達(dá)到了10.3Mpa。
 
       相轉(zhuǎn)化法制造的PMIA隔膜具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在溫度上升至400℃時(shí)仍沒有明顯質(zhì)量損失，隔膜在160℃下處理1h沒有收縮。
 
       同樣由于強(qiáng)極性官能團(tuán)使得PMIA隔膜接觸角較小，僅有11.3°，且海綿狀結(jié)構(gòu)使得其吸液迅速，提高了隔膜的潤濕性能，使得電池的活化時(shí)間減少，長循環(huán)的穩(wěn)定性提高。
 
       另外由于海綿狀結(jié)構(gòu)的PMIA隔膜內(nèi)部互相連通的多孔結(jié)構(gòu)，使鋰離子在其中傳輸通暢，因此相轉(zhuǎn)化法制造的隔膜離子電導(dǎo)率高達(dá)1.51mS˙cm-1。
 
      聚對(duì)苯撐苯并二唑
 
       新型高分子材料PBO(聚對(duì)苯撐苯并二唑)是一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、阻燃性的有機(jī)纖維。其基體是一種線性鏈狀結(jié)構(gòu)聚合物，在650℃以下不分解，具有超高強(qiáng)度和模量，是理想的耐熱和耐沖擊纖維材料。
 
       由于PBO纖維表面極為光滑，物理化學(xué)惰性極強(qiáng)，因此纖維形貌較難改變。PBO纖維只溶于100%的濃硫酸、甲基磺酸、氟磺酸等，經(jīng)過強(qiáng)酸刻蝕后的PBO纖維上的原纖會(huì)從主干上剝離脫落的，形成分絲形貌，提高了比表面積和界面粘結(jié)強(qiáng)度。
 
(a)PBO原纖維;(b)PBO納米纖維隔膜結(jié)構(gòu)
 
       郝曉明等(2016)用甲基磺酸和三氟乙酸的混合酸溶解PBO原纖維形成納米纖維后，通過相轉(zhuǎn)化法制備了PBO納米多孔隔膜，其纖維形貌如上圖。
 
       該隔膜的極限強(qiáng)度可達(dá)525Mpa，楊氏模量有20GPa，熱穩(wěn)定性可達(dá)600℃，隔膜接觸角為20°，小于Celgard2400隔膜的45°接觸角，離子電導(dǎo)率為2.3×10-4S·cm-1，在0.1C循環(huán)條件下表現(xiàn)好于商業(yè)化Celgard2400隔膜。
 
       由于PBO原纖維的制造工藝較難，全球范圍生產(chǎn)優(yōu)良PBO纖維的企業(yè)屈指可數(shù)，且均是采用單體聚合的方式，生產(chǎn)出的PBO纖維因需要強(qiáng)酸處理較難應(yīng)用在鋰電池隔膜領(lǐng)域。
 
       漢陽大學(xué)YoungMooLee團(tuán)隊(duì)(2016)則用HPI(羥基聚酰亞胺)納米顆粒通過熱重排的方式制備TR-PBO納米纖維復(fù)合隔膜，該隔膜除了具備PBO材料本身的高強(qiáng)度、高耐熱性的優(yōu)點(diǎn)外，孔徑分布更集中、孔徑更小，且不需要在強(qiáng)酸強(qiáng)堿條件下制備。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池隔膜 濕法隔膜 聚烯烴隔膜
作者：綜合報(bào)道 ，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處：http://m.tyubcd3.cn/shushuo/cl/2018091726215.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報(bào)道，請(qǐng) 戳這里 告訴我們！
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實(shí)，對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請(qǐng)?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時(shí)處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡

  • 鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些？鋰電池四大主要材料簡單介紹

    鋰電池 是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極 材料 、使用非水電解質(zhì)溶液的 電池 。由于鋰金屬的化學(xué)特性非�；顫�，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 鋰電 池已經(jīng)成為了主流。 一、鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些 碳負(fù)極材料：
    2023-01-20 08:22
    		•

  • 2021年9月新能源鋰電池材料產(chǎn)量解析

    碳酸鋰： 2021年9月中國主要的碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)合計(jì)產(chǎn)量為2.231萬噸，環(huán)比減少2.41%。 本月主流企業(yè)維持穩(wěn)定生產(chǎn)，江蘇產(chǎn)線產(chǎn)量稍有影響，鹽湖產(chǎn)量環(huán)比有所下滑，增加一家企業(yè)樣本。 2021年10月中國碳酸鋰預(yù)估產(chǎn)量2.3萬噸，環(huán)比增加3.09%。預(yù)計(jì)江蘇10月份生產(chǎn)
    2021-10-15 15:06
    		•

  • 鋰離子電池鋁塑膜詳解

    鋰離子電池的鋁塑膜是電芯封裝的關(guān)鍵材料，在電池安全方面發(fā)揮重要作用。 鋁塑膜是什么? 鋁塑膜 (Aluminum Laminated Film, ALF) 是軟包裝鋰電池電芯封裝的關(guān)鍵材料，是由多種塑料、鋁箔和粘合劑組成的高強(qiáng)度、高阻隔的多層復(fù)合材料。單片電池組裝后用鋁塑膜
    2021-10-14 17:59
    		•

  • 鋰電池隔膜的作用和隔膜材料的特性詳解

    鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。鋰電池隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。
    2021-09-14 08:43
    		•

  • 2019年12月動(dòng)力電池月度信息總覽

    2019年12月，我國動(dòng)力電池產(chǎn)量共計(jì)6.2GWh，同比下降22.9%，環(huán)比下降31.4%。其中三元電池產(chǎn)量4.8GWh，占總產(chǎn)量77.8%，同比下降0.7%，環(huán)比下降10.2%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量1.2GWh，占總產(chǎn)量19.0%，同比下降57.2%，環(huán)比下降67.4%。 2019年1-12月，我國動(dòng)力電池產(chǎn)量
    2020-01-13 15:56
    		•

  • 車用鋰電池需求帶動(dòng) 電池材料市場(chǎng)暴漲90%

    日本有關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查報(bào)告指出，2017 年全球鋰離子電池四大關(guān)鍵材料(正極材、負(fù)極材、電解液和分隔膜)市場(chǎng)規(guī)模(廠商出貨金額)預(yù)計(jì)年增 49.0% 至 147.15 億美元。
    2018-11-29 08:48
    		•

  • 暴漲90%，車用鋰電池需求帶動(dòng)電池材料市場(chǎng)暴增

    日本民間調(diào)查機(jī)構(gòu)矢野經(jīng)濟(jì)研究所公布調(diào)查報(bào)告指出，2017年全球鋰離子電池四大關(guān)鍵材料（正極材料、負(fù)極材料、電解液和分隔膜）市場(chǎng)規(guī)模（廠商出貨金額）預(yù)計(jì)年增49.0%至147.15億美元。
    2018-11-27 09:40
    		•

  • 2019年電池隔膜市場(chǎng)或有新轉(zhuǎn)機(jī)

    從現(xiàn)狀上來說，電池隔膜已經(jīng)供大于求，沒有足夠資金支持的電池隔膜企業(yè)可能會(huì)在這一整合期倒下。
    2018-11-15 17:21
    		•

  • 高續(xù)航電動(dòng)車來了 隔膜和正極材料產(chǎn)業(yè)鏈最受益

    日前，工信部發(fā)布第11批新能源車推廣目錄。本批次包括161款新能源車。主要包括25款純電動(dòng)乘用車、51款純電動(dòng)客車、56款純電動(dòng)專用車、7款燃料電池汽車和部分插混車型。證券認(rèn)為，本批次新能源乘用車占比提高到26%，符合預(yù)期。
    2018-11-08 15:34
    		•

  • 鋰電池材料產(chǎn)量三季度數(shù)據(jù)發(fā)布 電池隔膜增產(chǎn)60% 正極材料增產(chǎn)40%

    相較于上半年，三季度的鋰電池原材料生產(chǎn)情況有所好轉(zhuǎn)，但同比去年來說增速不明顯，全年生產(chǎn)情況較為平滑，淡旺季概念弱化。
    2018-10-29 16:29
    		•
專題
相關(guān)新聞

  • 鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些？鋰電池四大主要材料簡單介紹

    鋰電池 是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極 材料 、使用非水電解質(zhì)溶液的 電池 。由于鋰金屬的化學(xué)特性非�；顫姡沟娩嚱饘俚募庸�、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 鋰電 池已經(jīng)成為了主流。 一、鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些 碳負(fù)極材料：
    2023-01-20 08:22

  • 2021年9月新能源鋰電池材料產(chǎn)量解析

    碳酸鋰： 2021年9月中國主要的碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)合計(jì)產(chǎn)量為2.231萬噸，環(huán)比減少2.41%。 本月主流企業(yè)維持穩(wěn)定生產(chǎn)，江蘇產(chǎn)線產(chǎn)量稍有影響，鹽湖產(chǎn)量環(huán)比有所下滑，增加一家企業(yè)樣本。 2021年10月中國碳酸鋰預(yù)估產(chǎn)量2.3萬噸，環(huán)比增加3.09%。預(yù)計(jì)江蘇10月份生產(chǎn)
    2021-10-15 15:06

  • 鋰離子電池鋁塑膜詳解

    鋰離子電池的鋁塑膜是電芯封裝的關(guān)鍵材料，在電池安全方面發(fā)揮重要作用。 鋁塑膜是什么? 鋁塑膜 (Aluminum Laminated Film, ALF) 是軟包裝鋰電池電芯封裝的關(guān)鍵材料，是由多種塑料、鋁箔和粘合劑組成的高強(qiáng)度、高阻隔的多層復(fù)合材料。單片電池組裝后用鋁塑膜
    2021-10-14 17:59

  • 鋰電池隔膜的作用和隔膜材料的特性詳解

    鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。鋰電池隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。
    2021-09-14 08:43

  • 2019年12月動(dòng)力電池月度信息總覽

    2019年12月，我國動(dòng)力電池產(chǎn)量共計(jì)6.2GWh，同比下降22.9%，環(huán)比下降31.4%。其中三元電池產(chǎn)量4.8GWh，占總產(chǎn)量77.8%，同比下降0.7%，環(huán)比下降10.2%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量1.2GWh，占總產(chǎn)量19.0%，同比下降57.2%，環(huán)比下降67.4%。 2019年1-12月，我國動(dòng)力電池產(chǎn)量
    2020-01-13 15:56

  • 車用鋰電池需求帶動(dòng) 電池材料市場(chǎng)暴漲90%

    日本有關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查報(bào)告指出，2017 年全球鋰離子電池四大關(guān)鍵材料(正極材、負(fù)極材、電解液和分隔膜)市場(chǎng)規(guī)模(廠商出貨金額)預(yù)計(jì)年增 49.0% 至 147.15 億美元。
    2018-11-29 08:48

  • 暴漲90%，車用鋰電池需求帶動(dòng)電池材料市場(chǎng)暴增

    日本民間調(diào)查機(jī)構(gòu)矢野經(jīng)濟(jì)研究所公布調(diào)查報(bào)告指出，2017年全球鋰離子電池四大關(guān)鍵材料（正極材料、負(fù)極材料、電解液和分隔膜）市場(chǎng)規(guī)模（廠商出貨金額）預(yù)計(jì)年增49.0%至147.15億美元。
    2018-11-27 09:40

  • 2019年電池隔膜市場(chǎng)或有新轉(zhuǎn)機(jī)

    從現(xiàn)狀上來說，電池隔膜已經(jīng)供大于求，沒有足夠資金支持的電池隔膜企業(yè)可能會(huì)在這一整合期倒下。
    2018-11-15 17:21
本月熱點(diǎn)
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時(shí)用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
微信公眾號(hào)