生產(chǎn)鋰電池隔膜的原材料有哪些
來源:存能電氣 日期:2019-03-15 10:24 瀏覽量:次
生產(chǎn)鋰電池隔膜的原材料有哪些?隔膜是鋰離子電池關(guān)鍵的四大原材料之一。當(dāng)前,市場上商業(yè)化的鋰電池隔膜生產(chǎn)材料主要是以聚乙烯和聚丙烯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)點而被廣泛地應(yīng)用在鋰電池隔膜中。
生產(chǎn)鋰電池隔膜的原材料有哪些?
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聚對苯二甲酸乙二酯(PET)是一種機械性能、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220℃。
靜電紡絲PET隔膜熔點遠(yuǎn)高于PE膜,為255℃,最大拉伸強度為12Mpa,孔隙率達到89%,吸液率達到500%,遠(yuǎn)高于市場上的Celgard隔膜,離子電導(dǎo)率達到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。
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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℃,在150℃高溫條件下不會發(fā)生老化和熱收縮。
其次,由于PI極性強,對電解液潤濕性好,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%。
③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400℃的熱阻,由于其阻燃性能高,應(yīng)用此材料的隔膜能提高鋰電池的安全性能。此外,由于羰基基團的極性相對較高,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,如孔徑較大會導(dǎo)致自放電,從而影響鋰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。
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新型高分子材料PBO(聚對苯撐苯并二唑)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,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)過強酸刻蝕后的PBO纖維上的原纖會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)強度。
為了提高鋰電池的安全性,保證電池的安全平穩(wěn)運行,隔膜必須滿足以下幾個條件:
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.機械強度:拉伸強度好,以保證自動卷繞時的強度和寬度不變;
5.孔隙率:較高的孔隙率以滿足離子導(dǎo)電的需求。
鋰離子電池隔膜制備方法:
干法:是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結(jié)晶性聚合物薄膜,經(jīng)過結(jié)晶化處理、退火后,得到高度取向的多層結(jié)構(gòu),在高溫下進一步拉伸,將結(jié)晶面進行剝離,形成多孔結(jié)構(gòu),可以增加薄膜的孔徑。
濕法:又稱相分離法或熱致相分離法,將液態(tài)烴或小分子物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合,加熱熔融后,形成均勻的混合物,然后降溫進行相分離,壓制得膜片,再將膜片加熱至接近熔點溫度,進行雙向拉伸使分子鏈取向,最后保溫一定時間,用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑,制備出相互貫通的微孔膜。
作為鋰電池的關(guān)鍵材料,鋰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,隔膜對于保障電池的安全運行也起至關(guān)重要的作用。
鋰電池隔膜是四大材料中技術(shù)壁壘最高的部分,其成本占比僅次于正極材料,約為10%~14%,在一些高端電池中,隔膜成本占比甚至達到20%。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響鋰電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及電池安全性能。
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