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锂离子电池隔膜的研究与开发

2016-05-26 09:24来源:中国新能源网关键词:锂电池隔膜锂离子电池隔膜材料收藏点赞

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最近有许多关于聚合物电解质与聚乙烯、聚丙烯膜一起组成的聚合物锂离子电池隔膜的报道,胶体聚合物覆盖在或填充在微孔膜中,与无隔膜的聚合物电解质锂离子电池相比,具有更优越的性能,如:1)当内部短路时能提供更好的保护;2)可以减少电解质层的厚度;3)过度充电时可提供足够的安全性;4)提供较好的力学性能及热稳定性。可以认为,聚乙烯、聚丙烯膜由于其特殊结构与性能,它们作为离子电池隔膜的地位不会动摇,除非真正的不含液体的聚合物电解质出现。

2锂离子电池隔膜的制备方法

锂离子电池隔膜的制备方法主要有熔融拉伸(MSCS)和热致相分离(TIPS)两大类方法。由于MSCS法不包括任何的相分离过程,其工艺相对简单且生产过程中无污染,目前世界上大都采用此方法进行生产,如日本的宇部、三菱、东燃及美国的塞拉尼斯等。TIPS法的工艺比MSCS法复杂,需加入和脱除稀释剂,因此生产费用相对较高且可能引起二次污染,目前世界上采用此法生产隔膜的有日本的旭化成、美国的Akzo和3M公司等。

2.1熔融挤出/拉伸/热定型法

熔融挤出/拉伸/热定型法的制备原理是聚合物熔体在高应力场下结晶,形成具有垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构,然后经过热处理得到所谓硬弹性材料。具有硬弹性的聚合物膜拉伸后片晶之间分离,并出现大量微纤,由此而形成大量的微孔结构,再经过热定型即制得微孔膜。

有许多专利介绍了聚烯烃微孔膜的这种制备工艺,拉伸温度高于聚合物的玻璃化温度而低于聚合物的结晶温度,如吹塑挤压成型的聚丙烯薄膜经热处理得到硬弹性薄膜,先冷拉6%~30%,然后在120℃~150℃之间热拉伸80%~150%,再经过热定型即制得稳定性较高的微孔膜。

美国专利]介绍了制膜另一种拉伸工艺,拉伸是在极低的温度如-198℃~-70℃进行的,然后在温度低于聚合物熔化温度的5℃~60℃热固定,再在聚合物熔化温度以下10℃~60℃以10%/min的速度拉伸,由此制得微孔膜。

熔融挤出/拉伸/热定型法的工艺较简单且无污染,是锂离子电池隔膜制备的常用方法,但是该法存在孔径及孔隙率较难控制等缺点。

2.2添加成核剂共挤出/拉伸/热固定法

添加成核剂共挤出制成含固体添加物的膜,固体添加物以亚微米级粒径均匀分布在聚合物相中,由于拉伸时应力集中出现相分离而形成微孔膜,徐懋等介绍了一种聚丙烯微孔膜的制法,双轴拉伸含有大量Β晶型的聚丙烯膜,然后热固定即得,其孔径为0.02μm~0.08μm,孔隙率为30%~40%,膜在所有方向的强度一致,约60MPa~70MPa。由于Β晶型的聚丙烯形态是由捆束状生长的片晶组成,球晶的致密程度较低,因此晶片束之间的非晶区很容易被拉开而形成微银纹或微孔。

添加成核剂后,由于结晶结构变得松散,拉伸时容易成孔,无污染,是一值得注意的方法。

原标题:锂离子电池隔膜的研究与开发
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