锂电池隔阂因为出资危险大、技能门槛高,一向未能完成国内大规模出产,成为约束我国锂电池职业开展的瓶颈。
作为现在新能源轿车的首要动力来历,锂离子动力电池具有比能量和电压相对较高、工作温度规模较宽、无回忆效应、循环寿数相对较长等长处。从结构组成上看,锂离子动力电池首要由正极资料、负极资料、电解质、电池隔阂、封装资料等这五个部分组成。下面咱们就来谈谈锂离子动力电池隔阂的制备及技能要求。
隔阂的功用和技能要求
电池隔阂是一类多孔隙薄膜,在吸收电池电解液后,可隔绝正、负极以防止短路。一起给锂离子电池供给完成充放电功用、倍率功能的微孔通道,完成锂离子的传导。在电池过充或许温度改动较大时,隔阂经过闭孔来隔绝电流传导来防止爆破。因而锂离子动力电池中的首要功用包含完成充放电和安全确保两个方面。
比较较消费类锂离子电池,锂离子动力电池在新能源轿车上运用时,需求供给更高的电压、更大的功率以及更多的电量。隔阂作为电池的要害零部件之一,隔阂功能的优势决议电池的界面结构和内阻,从而影响电池的容量、循环功能,充放电电流密度等要害特性。
影响隔阂的要素包含、厚度、空气渗透性、浸润性、孔结构和孔隙率、热安稳性和一致性等。隔阂对电池功能的一些影响如下表所示:
功能优异的隔阂对进步动力锂电池的综合功能有重要作用,因而对锂离子动力电池隔阂的运用提出了更高的要求:
(1)有必要具有杰出的绝缘性,以防止正负极触摸短路或是被毛刺、颗粒、枝晶刺穿而出现的短路;
(2)具有满意的穿刺强度、拉伸强度等,并在突发的高温条件下根本坚持尺度的安稳,不会熔缩导致电池的大面积短路和热失控;
(3)隔阂在厚度、透气、孔径散布等方面功能需求坚持较高的均一性;
(4)能够耐受电解液腐蚀,有满意的化学和电化学安稳性;
(5)锂离子的搬迁受隔阂资料和孔隙的影响,因而隔阂需求具有较高孔隙率且微孔散布均匀。
隔阂的品种
依照锂离子电池隔阂的结构特色,可将其分为聚烯烃微孔膜、无纺布制造膜以及涂层复合膜等品种:
(1)聚烯烃微孔膜:聚烯烃隔阂是现在最干流的动力锂离子电池隔阂,首要以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等为主。
尽管聚乙烯、聚丙烯微孔膜具有较高的孔隙率、较低的电阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱才能、杰出的弹性及对非质子溶剂的坚持功能。但其耐热功能、吸电解液功能以及耐电化学氧化功能均相对较差,无法满意动力锂离子电池技能开展的要求。
一般会对其进行改性处理以获取高功能的隔阂。其间办法之一就是在经过参加或许复合具有亲液功能、耐高温功能的特性资料,以取得功能愈加优异的复合隔阂。
(2)无纺布基隔阂以及涂层复合膜:无纺布基隔阂按其原料分有PP无纺布、PET无纺布、纤维素类无纺布、PI无纺布等。这一类隔阂的长处是较高的耐高温性、在低温坚持输出才能而且循环寿数长,机械功能适中的特色。
与聚烯烃型的隔阂比较,它的特色是出现三维孔的结构。有研讨以为该结构可有用防止因为针孔构成的短路现象,并有用进步保湿率。可是无纺布基隔阂的缺陷比方孔径较大且散布不均匀约束了进一步的使用。因而一般对其进行改性处理,常用的办法有纳米颗粒改性无纺布隔阂、微孔涂层涂覆改性无纺布隔阂、静电纺丝隔阂。
聚烯烃隔阂和无纺布基隔阂均存在必定的缺陷,因而一般选用搬运涂布或浸渍的办法制造涂层复合隔阂来改动进步隔阂的功能。涂层复合膜依据涂层的成份不同可分为:有机涂层复合膜、无机涂层复合膜、有机/无机杂化涂层复合膜三种。
制备办法
(1)干法:
干法是将聚烯烃树脂熔融、揉捏、吹制成结晶性高分子薄膜,经过结晶化热处理、退火后得到高度取向的多层结构,在高温下进一步拉伸,将结晶截面进行剥离,构成多孔结构。干法首要可分为熔融挤出/拉伸/热定型法、增加成核剂共挤出/拉伸/热固定法两类。
干法是常用的制备工艺,办法简略且无污染,可是孔径及孔隙率较难操控,拉伸比较小,隔阂不能太薄。干法的锂离子电池隔阂存在的首要问题是温度升高时隔阂易缩短甚至熔化,严重威胁到动力锂离子电池的安全。
(2)湿法:
湿法又称相别离法或热致相别离法,是近年来开展起来的一种常用的制备微孔膜的办法。热致相别离法是经过热塑性和结晶性聚合物和某些高沸点的小分子化合物(稀释剂)在较高温度时构成均相溶液。
在温度下降时发生固—液或液—液别离,脱除稀释剂后构成聚合物多孔膜。湿法能够较好的操控孔径及孔隙率,但湿法制备的设备要求精度高,投入大,出产成本和难度也要高于一般的薄膜制备技能。
(3)新式制备办法
辐射法是指高分子膜经电子线、γ射线等辐照,在离子经过的途径上因为高密度能量堆积使其周围原子电离和激起,导致聚合物分子的长链断裂、重排和发生自由基,在此区域内资料有较高的化学反应才能,能够经过化学试剂蚀刻构成孔洞。
别的,根据静电纺丝法的高能离子电池隔阂系统首要包含了喷丝头、高压发生器以及输液系和接丝系统,接丝系统和喷丝头相互作用而构成的高压静电场中,高分子溶液的流束被分割为若干细流,从而使溶剂蒸发,并在接丝系统中构成纤维膜,具有杰出的孔隙率与机械强度。
总结:
在技能开展范畴,隔阂已从单一的聚烯烃类资料向多种资料、复合资料的方向开展,从简略结构向杂乱结构开展。对隔阂的研讨方针是进步电池的安全性、确保电池功率功能的充分发挥。在锂电池向更高比能量系统开展的进程中,新式隔阂开展的机会将进一步闪现。
2016年全球锂电池隔阂销量将到达18亿平方米,使用于动力电池隔阂份额将大幅上升。但国内的高端隔阂商场依然以进口产品为主,锂电池隔阂因为出资危险大、技能门槛高,一向未能完成国内大规模出产,成为约束我国锂电池职业开展的瓶颈。
为此,我国的科研单位和相关企业需求加强交流和协作,经过产、学、研相结合为隔阂技能的进步甚至动力电池技能的进步做出该有的奉献,完成我国新能源轿车的弯道超车。