锂离子电池分离器主要技术进展

目前，由于原料物理性能的限制，商用聚丙烯和聚乙烯隔膜在润湿性、离子导电性和耐高温性方面难以提高，性能提高的空间相对有限。为了制备满足市场需求的高性能锂横膈膜，目前的研究目标主要是提高横膈膜的安全性和离子导电性。安全性的提高主要取决于热稳定性的提高，而离子导电性的提高则取决于隔膜对电解质的润湿性的提高，这可以通过表面改性、涂层、新材料体系的开发和新的加工技术来实现。1。通过添加或复合具有亲水耐高温性能的单层聚烯烃薄膜对聚烯烃进行表面改性，以获得性能更好的复合薄膜，是制备高性能薄膜的主要研究方向。目前常用的工艺有涂层、浸涂、喷涂、复合等。2。聚烯烃陶瓷复合膜聚烯烃有机膜具有良好的力学性能和低成本，但在热稳定性和亲水性方面存在一些不足。作为电池隔膜，其安全性能有待提高。因此，在聚烯烃基膜上包覆无机陶瓷粒子制备复合膜的技术应运而生。虽然陶瓷涂层对电池性能的影响还需要更深入的研究和评价才能得出最终结论，但这项技术已经被许多隔膜企业和电池企业所模仿，并得到了迅速的推广。在聚合物陶瓷复合膜中，聚烯烃有机微孔膜为满足电池组装工艺的要求提供了灵活性。无机陶瓷颗粒在复合膜中形成刚性骨架，防止隔膜在高温下收缩甚至熔化，从而提高电池的安全性能。胶粘剂对陶瓷复合膜的表面性能、孔结构和机械强度有重要影响。常用的胶粘剂有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、丁苯橡胶（SBR）等3种。根据新材料系统中使用的材料，电池分离器可分为聚烯烃改性分离器和新材料系统分离器。其中，新材料体系主要包括含氟聚合物、纤维素、聚酰亚胺（PI）、聚酯（PET）等聚合物陶瓷复合隔膜。氟化聚合物隔膜，主要指聚偏氟乙烯隔膜材料。从材料的角度，可分为三类：单聚合物、多聚合物和有机-无机复合物。最常用的单体聚合物包括聚偏氟乙烯、p（vdf-hfp）（聚偏氟乙烯六氟丙烯）和p（vdf-trfe）（聚偏氟乙烯三氟乙烯）。与聚烯烃隔膜相比，氟化聚合物隔膜具有更强的极性和更高的介电常数，**提高了隔膜的亲水性，有助于锂盐的电离。同时，这种材料的成型方法多种多样，如铸造、电纺、热压等，有利于控制气孔率。近年来，以含氟材料为基础的锂横膈膜已有许多报道。纤维素膜与聚烯烃膜性能相同，但资源丰富。同时，纤维素材料的初始分解温度较高（>270C），纤维素材料的热稳定性明显优于聚烯烃材料。早期纤维素材料具有优异的快速充放电性能，但存在自放电现象，循环性能不稳定，电压电阻差。层可以调整光圈。这种薄膜最具代表性的是德国德固萨公司研制的一种聚酯无纺布陶瓷颗粒复合膜。这种商用薄膜具有优异的耐热性和高达220℃的封闭温度，而且聚酰亚胺（PI）材料的热稳定性也很突出。以聚酯非织造布为涂层材料，通过在其上涂覆PI制备的复合薄膜作为锂薄膜，具有稳定的充放电循环性能和较低的热收缩率。4。新工艺隔膜的研发有两个核心内容：一是新材料体系；二是实现工业化生产的工艺方法。没有有效的技术，无论材料有多好，它都不会成为一种被广泛接受的商品。聚烯烃隔膜的常规制备方法是干湿法。然而，聚烯烃隔膜朝着更薄的方向发展，以满足3C锂离子电池的性能要求，是提高隔膜性能的关键。采用湿法法制备了康等锂离子电池分离器。采用熔融挤出、成型、拉伸、萃取、热定型等工艺制备了单层或多层聚乙烯分离器。分离器的厚度为5-40 um。如前文所述，薄膜厚度变薄会对机械性能产生影响。因此，以市场为导向的超薄膜的前提是其安全性能仍然足够。相对而言，聚烯烃改性隔膜的涂膜技术和设备非常成熟。聚烯烃隔膜的涂膜改性是可行的，可以提高聚烯烃隔膜的耐热性和电解质的润湿性。目前，国内外许多研究机构和生产厂家都致力于陶瓷膜的研究和开发。除了涂层方法外，静电纺丝技术也在新隔膜的开发中发挥着重要作用。吴大勇等研制了一种大流量静电纺丝安全性高的耐高温纤维/纳米陶瓷复合膜。采用Kim等静电纺丝技术制备了P（VDF-HFP）/PAN（聚丙烯腈）复合纤维膜。它们具有良好的力学性能和离子导电性，在锂横膈膜领域具有潜在的应用价值。此外，还可以通过同轴纺制备双层纤维膜。综合分析各种信息，2016年全球锂电池隔膜销量将达到18亿平方米，动力电池隔膜比例将大幅提升。从政策上看，我国政府鼓励电动汽车的发展，并计划投入大量配套资金启动电动汽车市场，因此动力锂电池分离器具有巨大的市场潜力。因此，国内高端隔膜市场以进口产品为主的现状亟待改变。加强自主研发，提高国内隔膜质量，打造品牌，打造龙头企业，是当务之急。在技术发展方面，隔膜从单一聚烯烃材料发展到多种材料和复合材料，从简单结构发展到复杂结构。发展。研究的目的是为了提高电池的安全性，保证电池的动力性能。在锂电池向高比能系统发展的过程中，新型隔膜的发展机遇将进一步显现。