锂离子动力电池隔膜材料的发展现状和趋势
锂离子动力电池隔膜材料的发展现状和趋势
摘要：锂离子电池内部结构复杂，众多的部件组成，其中内部核心部件之一就是隔膜。隔膜材料除了有电子绝缘性外，还具有离子透过性。近年来，随着国家科研机构、国内相关企业在隔膜材料及制造工艺技术上持续投入，我国已经在聚烯烃隔膜上取得了较大的技术突破和一定的市场份额;然而在高性能隔膜的开发和生产上，与世界先进水平还存在一定的差距。
国家公务员工资标准关键词：锂离子；动力电池；隔膜材料
引言：
目前锂电池用的国产隔膜在生产制造过程中，主要分为湿法和干法，干法单向拉伸容易出现隔膜拉伸不均匀、张力控制失效、导致成品隔膜微观结构不好，将影响隔膜拉伸强度和孔径，最终影响电池性能的情况。国内隔膜企业在同时兼顾厚度、孔隙率的一致性、破膜温度、闭孔温度等各项性能的技术和制造水平上，与国际水平还有一定差异，产品应用于高性能锂电池方面还存在一定缺陷。在高性能锂电池追求更高能力密度(新能源车的长续航)、更快充放电倍率(新能源车的快充电)、更好安全性的趋势下，将对隔膜材料的厚度轻薄化、孔隙率、透气性、热稳定性等方面提出更高的要求。
1锂离子动力电池隔膜材料的发展现状
1.1聚烯烃隔膜
聚烯烃隔膜是指以PE、PP为基材生产的PE或PP单层、PE/PP双层和PP/PE/PP三层隔膜。由于PE、PP材料具有化学性能稳定、工艺成熟和成本优势，最早成为了锂离子动力电池的隔膜材料。美国Celgard、日本UBE(宇部)等国外公司首先通过干法工艺开发了PE、PP单层隔膜;国内最早由中科院开发了在聚丙烯材料中掺入具备成核成分的β晶型改进剂，通过双向拉伸工艺技术制备了透气性好、渗透性吸收性高的PP隔膜。为了提高隔膜的电容量、闭孔温度、膜厚均一性，美国Entek公司、日本旭化成开发了湿法工艺，采用湿法制备工艺制造薄膜，其双向拉伸性能都相同，薄膜成品的横向拉伸强度比干法制备要高。此外，这种制备方式对材料的要求不是太高，后期制成的产品能使锂离子电池性能显著提升。以兼具低闭孔温度和高破膜温度为开发目标，美国Celgard公司提出把干、湿法制造出来的薄膜进行优点的集合，即薄膜要具备湿法工艺的低闭孔温度和干法工艺的高熔点，要研制出PP/PE/PP多层的锂离子电池隔膜。原料主要采用聚丙烯、聚乙烯等，制造工艺是把聚乙烯材料夹杂在两层聚丙烯之间，以便提升其熔点，为电池提供更高的安全保障。目前
黄加蓝是什么颜国内上海恩捷、星源材质、沧州明珠等龙头企业已逐步掌握了湿法工艺、PP/PE/PP三层隔膜的生产技术。由于湿法工艺隔膜具有微孔分布均匀、低内阻、大功率、热收缩稳定性好等特点，其在锂离子动力电池隔膜中占据着更重要的作用。
1.2湿法隔膜制备技术
1.2.1湿法隔膜的制备工艺流程
(1)投料，将PE塑料和油相添加剂投入到混合挤压机中；(2)挤出，启动混合挤压机，对投入的原料进行挤压混合；(3)铸片，将混合后的原料通过挤压机从T型模具中挤压成片状结构；(4)纵拉伸，将片状的挤压材料通过辊压机进行纵向的滚压，将其长度进行拉伸；(5)第一次横拉伸，将由步骤4拉伸过的材料穿入横拉伸设备中，进行横向拉伸；(6)萃取，将经过步骤5处理后的膜片放置到萃取箱内进行萃取；(7)第二次横拉伸，将经过步骤6的萃取后的膜片送入横拉伸设备中，进行第二次横拉伸；(8)收卷，将经过步骤7处理后的膜片收卷；(9)第一次分切；(10)第二次分切，获得用于电池叠片的隔膜；
1.2.2湿法隔膜制备过程缓刑的条件
（1）湿法隔膜一次调试。按照拟定控制计划调整，拉伸强度双向高于指标150Mpa，TD平均数能够达到175Mpa左右，MD平均数能够达到155Mpa左右。厚度偏薄中间在18.5~18.9μm之间两侧偏厚在21.2μm。研究后拟定工艺调整方向，将纵向拉伸倍率由6.5提升为6.75倍，提高MD拉伸强度，但厚度偏薄提升倍率后厚度会超出下限指标，需将铸片温度下降来保证厚度的提高，同时两侧厚度偏厚，通过减铸片厚度来进行调整，为保证铸片宽度不变，减少2kg下料量来保持铸片宽度，调整一次拉伸温度来调节透气度[1]。（2）湿法隔膜二次调试。首次实验存在产品指标拉伸强度MD方向偏低，MD方向强度需进行调整来提升，厚度整体一致性偏差，两侧偏厚中间偏薄问题。本次对控制计划内铸片、纵拉伸、下料量、一次横拉温度进行了修改，并再次进行了实验。
1.3涂覆/复合隔膜
有什么赚钱的方法与以往的PP制隔膜可耐热130℃相比，制成了可耐220℃的隔膜产品，产品性能有了较大提高。研究学家程琥通过在美国Celgard公司生产的单层聚丙烯隔膜表面涂抹内部掺杂纳米二氧化硅的聚氧乙烯材料，可以改变薄膜的循环性质和湿润性。国内上海恩捷利用自有专利的涂布膜改性技术，采用陶瓷、PVDF等耐热材料为涂层，开发的涂覆隔膜耐热性从原
来的120℃、130℃上升到150℃、180℃。150℃产品已经成功推向市场，也受到了好评。新源材质公司开发的芳纶型溶剂涂覆隔膜其耐热温度可达180℃，吸液性和安全性也表现良好[2]。目前湿式涂布法是制备耐热聚合物多微孔层较成熟的工艺。因此目前涂覆隔膜作为标准化的聚烯烃隔膜产品之外的新产品，很好地补充了锂电池隔膜的不同性能(特别是不同的温度)需求。随着涂覆隔膜工艺的不断成熟、材料和制造成本的降低，涂覆隔膜有望成为一种高端锂离子电池隔膜的标准化产品。
2锂电池隔膜的发展趋势
2.1隔膜材料的多元化
（1）一些国外知名隔膜企业同时也是生产聚烯烃、聚酯或芳纶等基础材料的企业，在原料性能上比国内隔膜企业有优势[3]。针对此情况，国内隔膜企业可以联合国内外材料企业共同开发高适用性的隔膜基础材料，从基材性能上入手提高隔膜性能，同时降低基材成本。（2）在与国内外材料企业开发PI(聚酰亚胺)、PVDF(聚偏氟乙烯)、芳纶等性能优异的基础材料的基础上，尝试利用熔融纺丝、静电纺丝等技术有效控制隔膜的孔径和孔隙率，生产具备纳米孔径、孔隙率可调、厚度均匀的高性能隔膜。
2.2功能化新型隔膜的开发
锂离子动力电池的技术发展是多样化的，同时对锂电池隔膜的性能也提出了多样化的要求。隔膜企业需要根据锂电池技术的最新发展，把握相关技术特点，开发和储备不同系列规格的隔膜产品企业会计实习报告[4]。例如高镍三元锂(811)电池具有高能量密度、充放电倍率大的优点，但同时由于正极镍离子较多，其在充放电时使得电解液中镍离子含量升高，如果较多镍离子参与负极反应不仅会减小电池容量，而且使正极材料处于不稳定状态，进而会增加电池的安全风险。隔膜在锂离子电池当中属于重要部分,是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件。它在电池内部的正负极间，让锂离子通过，也会阻碍电子传输。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。
结束语：
新能源智能化汽车作为我国《中国制造2025》规划的重点产业之一，必然在未来10年里推动锂离子动力电池隔膜产业的高速发展。虽然国内锂电池隔膜发展不具有先发优势，但近年来在隔膜基材配方、湿法工艺和涂覆工艺技术上的突破，国内研究机构和企业已具备开网线水晶头排线图片
发和生产高端锂电池隔膜的条件和能力。
参考文献：
[1]祝问遥,邵伟光,王新华,李华,叶海木,蔡利海.耐高温锂离子电池隔膜材料应用现状及发展[J].中国塑料,2021,35(03):151-160.
[2]刘波,张鹏,赵金保.锂离子动力电池及其关键材料的发展趋势[J].中国科学:化学,2018,48(01):18-30.
[3]陈观福寿,黄斌香,顾榴俊.聚四氟乙烯锂离子电池复合隔膜制备与应用[J].电池工业,2017,21(04):10-13.
[4]许敬月,景春明,潘强,韩文科,李七平,马升.锂离子动力电池关键材料发展现状及趋势[J].电池工业,2017,21(03):24-28.

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