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(jī)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?

　　①聚對苯二甲酸乙二酯

　　聚對苯二甲酸乙二酯（PET）是一種機(jī)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(dá)220℃。

　　靜電紡絲PET隔膜熔點遠(yuǎn)高于PE膜，為255℃，最大拉伸強(qiáng)度為12Mpa，孔隙率達(dá)到89％，吸液率達(dá)到500％，遠(yuǎn)高于市場上的Celgard隔膜，離子電導(dǎo)率達(dá)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。

　　②聚酰亞胺

　　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(qiáng)，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(dá)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(tuán)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。

　　④聚對苯撐苯并二唑

　　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(jī)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(qiáng)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(qiáng)，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(qiáng)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(qiáng)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(jī)械強(qiáng)度：拉伸強(qiáng)度好，以保證自動卷繞時的強(qiáng)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(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶面進(jìn)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(jìn)行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進(jìn)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(dá)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。