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关于锂电池隔膜

所属分类:行业资讯点击次数:1807 次发布日期:2022-01-06 14:31

锂电池因能量密度高、循环寿命长、质量轻等特性,又具有安全、可靠且能快速充放电等优点,成为近年来新型电源技术研究的热点,在高能量和高功率领域备受欢迎。在锂电池的结构中,电池隔膜在电池中扮演着极为关键的角色,被称为“第三电极”。隔膜作为电池的 4 大关键材料(正极材料,负极材料,电解液,隔膜)之一,受到了行业人员的格外关注。


锂电池隔膜是一种具有微孔结构的薄膜,主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的结构和性能直接影响电池的能量密度、充放电倍率、使用寿命以及安全性等性能。

聚烯烃隔膜
是指以PE、PP为基材生产的PE或PP单层、PE/PP双层和PP/PE/PP三层隔膜。由于PE、PP材料具有化学性能稳定、工艺成熟和成本优势,最早成为了动力电池的隔膜材料。


湿法工艺是利用热致相分离的原理,将增塑剂(高沸点的烃类液体或一些分子量相对较低的物质)与聚烯烃树脂混合,利用熔融混合物降温过程中发生固-液相或液-液相分离的现象,压制膜片,加热至接近熔点温度后拉伸使分子链取向一致,保温一定时间后用易挥发溶剂(例如二氯甲烷和三氯乙烯)将增塑剂从薄膜中萃取出来,进而制得的相互贯通的亚微米尺寸微孔膜材料。


湿法工艺适合生产较薄的单层PE隔膜,是一种隔膜产品厚度均匀性更好、理化性能及力学性能更好的制备工艺。根据拉伸时取向是否同时,湿法工艺可以分为湿法双向异步拉伸工艺以及双向同步拉伸工艺两种。

湿法异步拉伸工艺流程为:


1)投料:将PE、成孔剂等原料按照配方进行预处理输送至挤出系统。

2)流延:将预处理的原料在双螺杆挤出系统中经熔融塑化后从模头挤出熔体,熔体经流延后形成含成孔剂的流延厚片。

3)纵向拉伸:将流延厚片进行纵向拉伸。

4)横向拉伸:将经纵向拉伸后的流延厚片横向拉伸,得到含成孔剂的基膜。

5)萃取:将基膜经溶剂萃取后形成不含成孔剂的基膜。

6)定型:将不含成孔剂的基膜经干燥、定型得到纳米微孔膜。

7)分切:将纳米微孔膜根据客户的规格要求裁切为成品膜。



湿法同步拉伸技术工艺流程与异步拉伸技术基本相同,只是拉伸时可在横、纵两个方向同时取向,免除了单独进行纵向拉伸的过程,增强了隔膜厚度均匀性。但同步拉伸存在的问题第一是车速慢,第二是可调性略差,只有横向拉伸比可调,纵向拉伸比则是固定的。



熔融拉伸法的制备原理是,高聚物熔体挤出时在拉伸应力作用冷却下结晶,形成平行排列的结晶结构,经过热处理后的薄膜在拉伸后晶体之间分离而形成狭缝状微孔,再经过热定型制得微孔膜。
目前干法工艺主要包括干法单向拉伸和双向拉伸两种工艺。干法单拉是使用流动性好、分子量低的聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)聚合物,利用硬弹性纤维的制造原理,先制备出高取向度、低结晶的聚烯烃铸片,低温拉伸形成银纹等微缺陷后,采用高温退火使缺陷拉开,进而获得孔径均一、单轴取向的微孔薄膜。


干法单拉工艺流程
为:


1)投料:将PE或PP及添加剂等原料按照配方预处理后,输送至挤出系统。

2)流延:将预处理的原料在挤出系统中,经熔融塑化后从模头挤出熔体,熔体经流延后形成特定结晶结构的基膜。

3)热处理:将基膜经热处理后得到硬弹性薄膜。

4)拉伸:将硬弹性薄膜进行冷拉伸和热拉伸后形成纳米微孔膜。

5)分切:将纳米微孔膜根据客户的规格要求裁切为成品膜。


由于PP的β晶型为六方晶系,单晶成核、晶片排列疏松,拥有沿径向生长成发散式束状的片晶结构的同时不具有完整的球晶结构,在热和应力作用下会转变为更加致密和稳定的α晶,在吸收大量冲击能后将会在材料内部产生孔洞。双向拉伸工艺通过在PP中加入具有成核作用的β晶型改性剂,利用PP不同相态间密度的差异,在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔。


干法双拉工艺流程为:


1)投料:将PP及成孔剂等原料按照配方预处理后输送至挤出系统。

2)流延:得到β晶含量高、β晶形态均一性好的PP流延铸片。

3)纵向拉伸:在一定温度下对铸片进行纵向拉伸,利用β晶受拉伸应力易成孔的特性来致孔。

4)横向拉伸:在较高的温度下对样品进行横向拉伸以扩孔,同时提高孔隙尺寸分布的均匀性。

5)定型收卷:通过在高温下对隔膜进行热处理,降低其热收缩率,提高尺寸稳定性。


涂覆隔膜
是指以聚烯烃、聚酯等为基材,利用干式涂布、湿式涂布、浸涂、复合等工艺生产的隔膜。
涂覆隔膜主要有:

①以PP微孔膜为基体材料,陶瓷材料为涂层材料,进行单面或双面涂覆;
②以PE微孔膜为基体材料,陶瓷材料为涂层材料,进行单面或双面涂覆;

③以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜为基体进行涂层改性的隔膜;
④以耐热聚合物为涂层的隔膜等。

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