隔膜是鋰離子電池的重要組成部分,是(shi)支(zhi)撐(cheng)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)完(wan)成(cheng)充(chong)放(fang)電(dian)電(dian)化(hua)學(xue)過(guo)程(cheng)的(de)重(zhong)要(yao)構(gou)件(jian)。它(ta)位(wei)於(yu)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)正(zheng)負(fu)極(ji)之(zhi)間(jian)
，保(bao)證(zheng)鋰(li)離(li)子(zi)通(tong)過(guo)的(de)同(tong)時(shi)，阻(zu)礙(ai)電(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)。隔(ge)膜(mo)的(de)性(xing)能(neng)決(jue)定(ding)了(le)電(dian)池(chi)的(de)界(jie)麵(mian)結(jie)構(gou)、內阻等
，直接影響電池的容量
、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

 

 

隔膜在鋰電池中的主要作用：

 

1
、隔開鋰電池的正、負極，防止正、負極接觸形成短路；

 

2、薄膜中的微孔能夠讓鋰離子通過，形成充放電回路。

 

 

鋰離子電池隔膜的種類

 

根據物理
、化學特性的差異
，鋰電池隔膜可以分為：織造膜、非織造膜（無紡布）
、微孔膜、複合膜、隔膜紙
、碾壓膜等。雖然類型繁多，至今商品化鋰電池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

 

鋰離子電池隔膜的性能要求

 

1
、具有電子絕緣性
，保證正負極的機械隔離；

 

2、有一定的孔徑和孔隙率
，保證低的電阻和高的離子電導率
，對鋰離子有很好的透過性；

 

3
、耐電解液腐蝕，有足夠的化學和電化學穩定性，這是由於電解質的溶劑為強極性的有機化合物；

 

4、具有良好的電解液的浸潤性
，並且吸液保濕能力強
；

 

5
、力學穩定性高，包括穿刺強度
、拉伸強度等，但厚度盡可能小
；

 

6、空間穩定性和平整性好；

 

7
、熱穩定性和自動關斷保護性能好；

 

8、受熱收縮率小

，否則會引起短路，引發電池熱失控。除此之外，動力電池通常采用複合膜
，對隔膜的要求更高。

 

 

鋰離子電池的減少內部短路技術和熱關閉性能

 

在鋰電池中，隔膜吸收電解液後，可隔離正



、負fu極ji，以yi防fang止zhi短duan路lu，但dan同tong時shi還hai要yao允yun許xu鋰li離li子zi的de傳chuan導dao。而er在zai過guo度du充chong電dian或huo者zhe溫wen度du升sheng高gao時shi，隔ge膜mo還hai要yao有you高gao溫wen自zi閉bi性xing能neng，以yi阻zu隔ge電dian流liu傳chuan導dao防fang止zhi爆bao炸zha。不bu僅jin如ru此ci，鋰li電dian池chi隔ge膜mo還hai要yao有you強qiang度du高gao、防火、耐化學試劑
、耐酸堿腐蝕性、生物相容性好

、無毒等特點。

 

減少內部短路技術

 

膈膜是避免鋰電池內部熱失控的關鍵部件
，盡管具有熱關閉性能的隔膜上世紀90年nian代dai就jiu已yi經jing商shang品pin化hua了le

，但dan它ta對dui於yu加jia工gong缺que陷xian造zao成cheng的de硬ying性xing內nei部bu短duan路lu確que實shi無wu效xiao的de。為wei了le減jian輕qing內nei部bu短duan路lu，在zai過guo去qu幾ji年nian中zhong人ren們men提ti出chu了le兩liang種zhong技ji術shu路lu線xian。一yi是shi製zhi備bei具ju有you高gao熔rong點dian，低di的de高gao溫wen收shou縮suo性xing和he優you異yi的de機ji械xie性xing能neng（特別是抗穿刺強度）的隔膜。二是製備高純氧化鋁（VK-L30G）陶瓷改善的隔膜。後者要麼在表麵具有陶瓷層，要麼將高純氧化鋁（VK-L30G）粉末分散於高分子材料中，從中高純氧化鋁（VK-L30G）陶瓷起的主要作用是防止電極間的空間塌陷，從而避免熱失控情況下的內部短路。

 

隔膜熱關閉性能

 

muqianshiyongdelidianchigemoyibandounengtigongyigefujiagongneng，jiushireguanbi。zheyitexingyeweilidianchideanquanxingnengtigongleewaidebangzhu。zheshiyinweigemosuoyongjuxitingcailiaojuyouresuxing，dangwendujiejincailiaorongdianshi，weikongbihexingchengreguanbi，congerzuduanlizidejixuchuanshuerxingchengduanlu
，qidaobaohudianchidezuoyong。

 

鋰離子電池隔膜的主要性能參數

 

孔徑大小及分布

 

1、孔徑的大小及分布與製備方法有關；2
、孔徑大小影響隔膜的透過能力；3
、分布不均勻導致電池內部電流密度不一致
，形成枝狀晶刺穿隔膜。

 

透氣率

 

1、Gurley指數，是一個重要物化指標
；2、與電池內阻成正比

；3、數值越大，內阻越大。

 

自動關閉機理

 

1、這是一種安全保護性能；2
、限製溫度升高和防止短路；3、安全窗口溫度越高愈好
，電池的安全性越高
；4、與隔膜的原材料和隔膜的結構有關；5、材料熔點決定隔膜的閉孔溫度。

 

孔隙率

 

孔的體積和隔膜體積的比值，一般隔膜孔隙率在35%-60%之間。

 

熱穩定性

 

隔膜受熱時尺寸穩定性。

 

力學強度

 

要求抗穿刺強度高；單向拉伸
，拉伸~50N，橫向~5N；雙向拉伸，要求2個方向要求一致。

 

鋰離子電池隔膜製造工藝

 

高性能鋰電池需要隔膜具有厚度均勻性以及優良的力學性能（包括拉伸強度和抗穿刺強度）、透氣性能、理化性能（包括潤濕性、化學穩定性、熱穩定性
、安全性）。據了解，隔膜的優異與否直接影響鋰電池的容量、循環能力以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

 

 

鋰電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標的難以兼顧決定了其生產工藝技術壁壘高
、研發難度大。隔膜生產工藝包括原材料配方和快速配方調整、微孔製備技術、chengtaoshebeizizhushejidengzhuduogongyi。qizhong，weikongzhibeijishushilidianchigemozhibeigongyidehexin
，genjuweikongchengkongjilidequbiekeyijianggemogongyifenweiganfayushifaliangzhong。

 

幹法隔膜工藝

 

幹法隔膜工藝是隔膜製備過程中最常采用的方法，該工藝是將高分子聚合物
、添(tian)加(jia)劑(ji)等(deng)原(yuan)料(liao)混(hun)合(he)形(xing)成(cheng)均(jun)勻(yun)熔(rong)體(ti)，擠(ji)出(chu)時(shi)在(zai)拉(la)伸(shen)應(ying)力(li)下(xia)形(xing)成(cheng)片(pian)晶(jing)結(jie)構(gou)，熱(re)處(chu)理(li)片(pian)晶(jing)結(jie)構(gou)獲(huo)得(de)硬(ying)彈(dan)性(xing)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)薄(bo)膜(mo)
，之(zhi)後(hou)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)下(xia)拉(la)伸(shen)形(xing)成(cheng)狹(xia)縫(feng)狀(zhuang)微(wei)孔(kong)


，熱(re)定(ding)型(xing)後(hou)製(zhi)得(de)微(wei)孔(kong)膜(mo)。目(mu)前(qian)幹(gan)法(fa)工(gong)藝(yi)主(zhu)要(yao)包(bao)括(kuo)幹(gan)法(fa)單(dan)向(xiang)拉(la)伸(shen)和(he)雙(shuang)向(xiang)拉(la)伸(shen)兩(liang)種(zhong)工(gong)藝(yi)。

 

幹法單拉

 

幹法單拉是使用流動性好、分子量低的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）聚合物，利用硬彈性纖維的製造原理，先製備出高取向度、低結晶的聚烯烴鑄片，低溫拉伸形成銀紋等微缺陷後，采用高溫退火使缺陷拉開，進而獲得孔徑均一、單軸取向的微孔薄膜。

 

幹法單拉工藝流程為：

 

1
、投料：將PE或PP及添加劑等原料按照配方預處理後
，輸送至擠出係統。

 

2、流延：將預處理的原料在擠出係統中，經熔融塑化後從模頭擠出熔體，熔體經流延後形成特定結晶結構的基膜。

 

3、熱處理：將基膜經熱處理後得到硬彈性薄膜。

 

4、拉伸：將硬彈性薄膜進行冷拉伸和熱拉伸後形成納米微孔膜。

 

5、分切：將納米微孔膜根據客戶的規格要求裁切為成品膜。

 

幹法雙拉

 

據了解，幹法雙拉工藝是中科院化學研究所開發的具有自主知識產權的工藝，也是中國特有的隔膜製造工藝。由於PP的β晶型為六方晶係
，單晶成核
、晶片排列疏鬆，擁有沿徑向生長成發散式束狀的片晶結構的同時不具有完整的球晶結構，在熱和應力作用下會轉變為更加致密和穩定的α晶，在吸收大量衝擊能後將會在材料內部產生孔洞。該工藝通過在PP中加入具有成核作用的β晶型改性劑，利用PP不同相態間密度的差異
，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔。

 

幹法雙拉工藝流程為：

 

1、投料：將PP及成孔劑等原料按照配方預處理後輸送至擠出係統。

 

2、流延：得到β晶含量高、β晶形態均一性好的PP流延鑄片。

 

3、縱向拉伸：在一定溫度下對鑄片進行縱向拉伸
，利用β晶受拉伸應力易成孔的特性來致孔。

 

4、橫向拉伸：在較高的溫度下對樣品進行橫向拉伸以擴孔，同時提高孔隙尺寸分布的均勻性。

 

5、定型收卷：通過在高溫下對隔膜進行熱處理，降低其熱收縮率，提高尺寸穩定性。

 

兩種幹法工藝的特點

 

 

濕法隔膜工藝

 

濕法工藝是利用熱致相分離的原理，將增塑劑（高沸點的烴類液體或一些分子量相對較低的物質）與聚烯烴樹脂混合，利用熔融混合物降溫過程中發生固-液相或液-液相分離的現象
，壓製膜片

，加熱至接近熔點溫度後拉伸使分子鏈取向一致
，保溫一定時間後用易揮發溶劑（例如二氯甲烷和三氯乙烯）將增塑劑從薄膜中萃取出來，進而製得的相互貫通的亞微米尺寸微孔膜材料。濕法工藝適合生產較薄的單層PE隔膜，是一種隔膜產品厚度均勻性更好、理(li)化(hua)性(xing)能(neng)及(ji)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)更(geng)好(hao)的(de)製(zhi)備(bei)工(gong)藝(yi)。根(gen)據(ju)拉(la)伸(shen)時(shi)取(qu)向(xiang)是(shi)否(fou)同(tong)時(shi)
，濕(shi)法(fa)工(gong)藝(yi)也(ye)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)濕(shi)法(fa)雙(shuang)向(xiang)異(yi)步(bu)拉(la)伸(shen)工(gong)藝(yi)以(yi)及(ji)雙(shuang)向(xiang)同(tong)步(bu)拉(la)伸(shen)工(gong)藝(yi)兩(liang)種(zhong)。

 

濕法異步拉伸工藝

 

1、投料：將PE、成孔劑等原料按照配方進行預處理輸送至擠出係統。

 

2、流延：將預處理的原料在雙螺杆擠出係統中經熔融塑化後從模頭擠出熔體
，熔體經流延後形成含成孔劑的流延厚片。

 

3
、縱向拉伸：將流延厚片進行縱向拉伸。

 

4
、橫向拉伸：將經縱向拉伸後的流延厚片橫向拉伸，得到含成孔劑的基膜。

 

5
、萃取：將基膜經溶劑萃取後形成不含成孔劑的基膜。

 

6、定型：將不含成孔劑的基膜經幹燥
、定型得到納米微孔膜。

 

7
、分切：將納米微孔膜根據客戶的規格要求裁切為成品膜。

 

 

濕法同步拉伸工藝

 

濕法同步拉伸技術工藝流程與異步拉伸技術基本相同，隻是拉伸時可在橫、zonglianggefangxiangtongshiquxiang，mianchuledandujinxingzongxianglashendeguocheng
，zengqianglegemohoudujunyunxing。dantongbulashencunzaidewentidiyishichesuman，diershiketiaoxinglvecha，zhiyouhengxianglashenbiketiao，zongxianglashenbizeshigudingde。

 

 

濕法工藝特點

 

 

幹濕法工藝比較

 

 

濕法塗覆是鋰電池隔膜發展方向

 

濕法隔膜整體性能優於幹法隔膜

 

隔膜產品的性能受基體材料和製作工藝共同影響。隔膜的穩定性
、一致性
、安全性對於鋰電池的放電倍率
、能量密度、循環壽命
、安全性有著決定性影響。相比於幹法隔膜，濕法隔膜在厚度均勻性、力學性能（拉伸強度、抗穿刺強度）
、透氣性能、理化性能（潤濕性、化學穩定性、安全性）等deng材cai料liao性xing質zhi方fang麵mian均jun更geng為wei優you良liang
，有you利li於yu電dian解jie液ye的de吸xi液ye保bao液ye並bing改gai善shan電dian池chi的de充chong放fang電dian及ji循xun環huan能neng力li，適shi合he做zuo高gao容rong量liang電dian池chi。從cong產chan品pin力li的de角jiao度du來lai說shuo濕shi法fa隔ge膜mo綜zong合he性xing能neng強qiang於yu幹gan法fa隔ge膜mo。

 

 

濕法隔膜同樣存在缺點，除因受限於基體材料導致熱穩定性較差外多為非產品因素，如需要大量的溶劑
，易造成環境汙染；與幹法工藝相比設備複雜、投資較大
、周期長、成本高
、能耗大、生產難度大、生產效率較低等。在濕法隔膜中

，雙向同步拉伸技術可在橫、縱兩個方向同時取向，免除了單獨進行縱向拉伸的過程
，增強了隔膜厚度均勻性，產品透明度高
、無劃傷、光學性能及表麵性能優異，是綜合性能最好的隔膜，在隔膜高端市場中占據著重要的地位
，也是現階段市場表現最好的鋰電池隔膜。

 

從產品性能來說，相比幹法隔膜，濕法隔膜在力學性能、透氣性能、理化性能均具有一定優勢，通過在基膜上塗布陶瓷氧化鋁、PVDF、芳綸等膠黏劑，能夠大幅提高隔膜的熱穩定性

、降低高溫收縮率、避免隔膜大幅收縮造成的極片外露
，彌補了唯一的熱穩定性短板，產品性能已全麵領先幹法薄膜。

 

陶瓷塗覆隔膜

 

陶瓷顆粒塗覆隔膜以基膜為基體，表麵塗覆一層Al2O3
、SiO2、Mg(OH)2huoqitanairexingyouliangdewujiwutaocikeli
，jingteshugongyichulihouyujitijinmizhanjiezaiyiqi
，wendingjieheyoujiwuderouxingyijiwujiwuderewendingxing
，tigaogemodenaigaowen、耐熱收縮性能和穿刺強度，進而提高電池的安全性能。據了解，陶瓷複合層一方麵可以解決PP、PE隔膜熱收縮導致的熱失控從而造成電池燃燒、爆炸的安全問題；lingyifangmian
，taocifuhegemoyudianjieyehezhengfujicailiaoyoulianghaodejinrunhexiyebaoyedenengli，dafudutigaoledianchideshiyongshouming。ciwai

，taocitufugemohainengzhonghedianjieyezhongshaoliangdeqingfusuan，fangzhidianchiqizhang。

 

PVDF塗覆隔膜

 

PVDF即聚偏氟乙烯，是一種白色粉末狀結晶性聚合物
，熔點170℃，熱分解溫度316℃以上
，長期使用溫度-40～150℃，具有優良的耐化學腐蝕性、耐高溫色變性、耐氧化性
、耐磨性、柔韌性以及很高的抗漲強度和耐衝擊性強度。PVDF塗覆隔膜具有低內阻
、高（厚度/空隙率）均一性、力學性能好、huaxueyudianhuaxuewendingxinghaodengtedian。youyunamixianweitucengdecunzai，gaixinxinggemoduilidianchidianjijuyoubiputongdianchigemogenghaodejianrongxinghezhanhexing
，nengdafudutigaodianchidenaigaowenxingnengheanquanxing。ciwai，gaixinxinggemoduiyetidianjiezhidexishouxinghao，juyoulianghaodejinrunhexiyebaoyedenengli，yanchangdianchixunhuanshouming
，zengjiadianchidedabeilvfangdianxingneng，shidianchideshuchunenglitisheng20%，特別適用於高端儲能電池
、汽車動力電池。

 

芳綸塗覆隔膜

 

芳綸纖維作為一種高性能纖維，具有可耐受400℃yishanggaowendenairexinghezhuoyuedefanghuozuranxing，keyouxiaofangzhimianliaoyureronghua。tufushiyonggaonairexingfanglunshuzhijinxingfuhechulierdedaodetuceng，yifangmiannengshigemonairexingnengdafutisheng，shixianbikongtexinghenairexingnengdequanmianjianbei；lingyifangmianyouyufanglunshuzhiduidianjieyejuyougaoqinhexing，shigemojuyoulianghaodejinrunhexiyebaoyedenengli
，erzhezhongyouxiudegaojinrunxingkeyiyanchangdianchidexunhuanshouming。ciwai
，fanglunshuzhijiashangtianchongwu，keyitigaogemodekangyanghuaxing
，jinershixiangaodianweihua，congertigaonengliangmidu。

 

 

鋰離子電池隔膜發展趨勢

 

膜厚度

 

數碼電池隔膜越來越薄
；動力電池隔膜厚度達到40μm。

 

電池結構

 

聚合物電解質的固態電池，具有電解質和隔膜的雙重作用，未來作為移動設備的重點使用；隔膜材料為聚偏氟乙烯-六氟丙烯。

 

多層膜

 

結合了幹法膜熔斷溫度高和濕法膜閉孔溫度低的特點；PP／PE 雙層和PP／PE／PP 3 層隔膜。

 

改良膜

 

表麵接枝親水性單體或改變電解質中的有機溶劑等
，改善PE 和PP 隔膜對電解質的親和性；進行PVDF 塗覆表麵處理，提高膜強度，降低隔膜的厚度。

 

新穎隔膜

 

高孔隙率納米纖維隔膜，把納米絲噴塗在靜電紡布上；Separion 隔膜，在纖維素無紡布上複合Al2O3 或其他無機物，提高熱穩定性。

 

 

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