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锂电池隔膜工艺概况
锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。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,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
隔膜的分类和性能要求
根据不同物理、化学特性,锂电池隔膜材料可分为:织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、阻隔纸、碾压膜等几类;聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点,因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂电池研究开发便被用作锂电池隔膜。
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具有良好的电子绝缘性,能够有效对正负极的机械隔离;
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具备一定的孔径和孔隙率,低阻隔和高离子电导率,对锂离子有很好的透过率;
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由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物,隔膜必须耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性
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对电解液的浸润性好,并具有足够的吸液保湿力;
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在厚度尽可能薄的情况下,具备足够力学性能,如穿刺强度、拉伸强度等;
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空间稳定性和平整性好;
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热稳定性好、自动关断性好;
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动力电池对隔膜要求更高,通常采用复合膜。
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隔膜的生产工艺
隔膜的生产工艺包括湿法工艺和干法工艺,同时干法工艺又可分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。
干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,再高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷,然后在高温下使缺陷拉开,形成微孔。其主要优点包括工艺相对简单、附加值高、无环境污染。其主要缺点包括:孔径及孔隙率较难控制;拉伸比较小,只有约1~3;低温拉伸时容易导致隔膜穿孔;产品不能做得很薄。
湿法工艺将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合,加热熔融后,形成均匀的混合物,然后降温进行相分离,压制得膜片,再将膜片加热至接近熔点温度,进行双向拉伸使分子链取向,***后保温一定时间,用易挥发物质洗脱残留的溶剂,可制备出相互贯通的微孔膜材料。其主要优点包括:隔膜孔径范围比较小而均匀;双向拉伸强度更高;能够生产出更薄的薄膜。
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