鋰離子電池隔膜

鋰離子電池隔膜具有大量曲折貫通的微孔，能夠保證電解質(zhì)離子自由通過形成充放電回路;而在電池過度充電或者溫度升高時，隔膜通過閉孔功能將電池的正極和負(fù)極分開以防止其直接接觸而短路，達(dá)到阻隔電流傳導(dǎo)，防止電池過熱甚至爆炸的作用。

由于鋰離子電池隔膜性能的優(yōu)劣決定著鋰離子電池的容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等關(guān)鍵特性，要求隔膜需具有合適的厚度、離子透過率、孔徑和孔隙率及足夠的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性等性能。

鋰電池隔膜的要求:(1)具有電子絕緣性，保證正負(fù)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(dǎo)率，對鋰離子有很好的透過性;(3)由于電解質(zhì)的溶劑為強極性的有機化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性;(4)對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力;(5)具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強度、拉伸強度等，但厚度盡可能小;(5)空間穩(wěn)定性和平整性好;(6)熱穩(wěn)定性和自動關(guān)斷保護性能好。動力電池對隔膜的要求更高，通常采用復(fù)合膜。(6)隔膜受熱收縮要小，否則會引起短路，進而引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>

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)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。隔膜材質(zhì)是不導(dǎo)電的，其物理化學(xué)性質(zhì)對電池的性能有很大的影響。電池的種類不同，采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料，一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

根據(jù)不同的物理、化學(xué)特性，鋰電池隔膜材料可以分為:織造膜、非織造膜(無紡布)、微孔膜、復(fù)合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價的特點，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開發(fā)初期便被用作鋰電池隔膜。盡管用其他材料制備鋰電池隔膜，如1999年F,Boudin 等 采用相轉(zhuǎn)化法以聚偏氟乙烯(PVDF)為本體聚合物制備鋰電池隔膜;Kuribayash Isao等 研究纖維素復(fù)合膜作為鋰電池隔膜材料。然而，至今商品化鋰電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。固體和凝膠電解質(zhì)開始被用作一個特殊的組件，同時發(fā)揮電解液和電池隔膜的作用，是一項新興的技術(shù)手段。表1-2給出了鋰電池隔膜的主要生產(chǎn)商及其主要產(chǎn)品信息。

鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液等構(gòu)成，隔膜是其核心關(guān)鍵材料之一。

涂碳鋁箔(導(dǎo)電涂層)為鋰電池產(chǎn)業(yè)帶來技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)提升 。

提升鋰電產(chǎn)品性能，改善放電倍率。

隨著國內(nèi)電池廠商對電池性能要求的日益提高，電池涂層技術(shù):導(dǎo)電材料&導(dǎo)電涂層鋁箔/銅箔在國內(nèi)日趨得到重視。在處理電池材料的時候，常擁有高倍率充放電性能好，較大比容量，但循環(huán)穩(wěn)定性較差，衰減較為嚴(yán)重等原因，不得不做取舍放棄。這個神奇的涂層，將電池的性能提高，帶入新紀(jì)元。

導(dǎo)電涂層是由分散好的納米導(dǎo)電石墨包覆顆粒等所組成。它能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，是一層保護能量吸收層。它也能提供好的遮蓋防護性能。涂層有水性的和溶劑性的，能應(yīng)用在鋁片、銅片、不銹鋼、鋁和鈦雙極板上。

1. 降低電池內(nèi)阻，抑制充放電循環(huán)過程中的動態(tài)內(nèi)阻增幅;

2. 顯著提高電池組的一致性，降低電池組成本;

3. 提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片制造成本;

4. 減小極化，提高倍率性能，減低熱效應(yīng);

5. 防止電解液對集流體的腐蝕;

6. 綜合因子進而延長電池使用壽命;

7. 涂層厚度:常規(guī)單面厚1~3μm。

鋰電池隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤度有直接的聯(lián)系。世界前三大隔膜生產(chǎn)商日本Asahi(旭化成) 、美國Celgard 、Tonen(東燃化學(xué))都有自己獨立的高分子實驗室，并且化學(xué)背景非常深厚。國內(nèi)鋰電池廠家所采用的基體材料基本都是通過外購，自身研發(fā)實力不強。據(jù)了解旭化成與Celgard已經(jīng)自己生產(chǎn)部分聚丙烯、聚乙烯材料。特別是Tonen(東燃化學(xué))和美孚化工合作后，采用美孚化工研發(fā)的高熔點聚乙烯材料后，Tonen推出熔點高達(dá)170℃的濕法PE鋰電池隔膜。采用特殊處理的基體材料，可以極大的提高隔膜的性能，從而滿足鋰電池一些特殊的用途。

"十一五"期間，中央政府將在鋰電池研制方面投資6000萬元，同時要求承擔(dān)項目的公司按照10倍比例投入配套資金，這樣總的投資將達(dá)到6億元。

2006年9月14 日，國家財政部等五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于調(diào)整部分商品出口退稅率和增補加工貿(mào)易禁止類商品目錄的通知》。根據(jù)《通知》規(guī)定，鉛酸蓄電池、氧化汞電池的出口退稅政策被取消;而將鋰電池出口退稅13%上調(diào)至17%。

鋰電池隔膜屬于國家鼓勵發(fā)展的電池配套材料，符合國家《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》，同時屬于"國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006-2020年)"中所列的前沿技術(shù)第(11)項:高效能源材料技術(shù)中的高效二次電池材料及關(guān)鍵技術(shù)專題。2008年度國家"863"計劃將"低成本鋰電池隔膜關(guān)鍵技術(shù)研究"列為重點產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向項目。

根據(jù)不同的物理、化學(xué)特性，鋰離子電池隔膜材料可以分為:織造膜，非織造膜(無紡布)，微孔膜，復(fù)合膜，隔膜紙，碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對廉價的特點，因此聚乙烯，聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰離子電池研究開發(fā)初期便被用作鋰離子電池隔膜。時至今日，商品化的鋰離子電池隔膜仍然是聚烯烴微孔膜。如今，固體和凝膠電解質(zhì)開始被用作一個特殊的組件，同時發(fā)揮電解液和電池隔膜的作用，是一項新興的技術(shù)手段。

鋰離子電池隔膜的主要性能要求有:厚度均勻性、力學(xué)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(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、安全性)等四大性能指標(biāo)。