锂离子电池隔膜(Lithium ion battery separator),在锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。
隔膜的性能决定了电池的
界面结构、
内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的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,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理
化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于
电解液为
有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的
隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的
聚烯烃多孔膜。
锂离子电池隔膜具有大量曲折贯通的微孔,能够保证电解质离子自由通过形成充放电回路;而在电池过度充电或者温度升高时,隔膜通过闭孔功能将电池的正极和负极分开以防止其
直接接触而短路,达到阻隔电流传导,防止电池过热甚至爆炸的作用。
锂电池隔膜的要求:(1)具有电子
绝缘性,保证正负极的
机械隔离;(2)有一定的孔径和
孔隙率,保证高的离子
电导率,对
锂离子有很好的
透过性;(3)由于电解质的溶剂为强极性的
有机化合物,隔膜必须耐
电解液腐蚀,有足够的化学和
电化学稳定性;(4)对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力;(5)具有足够的力学性能,包括穿刺强度、
拉伸强度等,但厚度尽可能小;(6)空间稳定性和平整性好;(7)
热稳定性和自动关断保护性能好。动力电池对隔膜的要求更高,通常采用
复合膜。(8)隔膜受热收缩要小,否则会引起短路,进而引发
电池热失控。
由于
锂离子电池隔膜性能的优劣决定着锂离子电池的容量、循环性能、充
放电电流密度等关键特性,要求隔膜需具有合适的厚度、
离子透过率、孔径和孔隙率及足够的化学稳定性、热稳定性和力学稳定性等性能。
根据不同的物理、化学特性,
锂电池隔膜材料可以分为:织造膜、非织造膜(无纺布)、
微孔膜、
复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。
聚烯烃材料具有优异的
力学性能、
化学稳定性和相对廉价的特点,因此
聚乙烯、
聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂电池
研究开发初期便被用作锂电池隔膜。尽管用
其他材料制备
锂电池隔膜,如1999年F,Boudin 等采用相转化法以
聚偏氟乙烯(
PVDF)为本体聚合物制备锂电池隔膜;Kuribayash Isao等研究纤维素复合膜作为锂电池隔膜材料。然而,至今商品化锂电池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。固体和凝胶
电解质开始被用作一个特殊的组件,同时发挥
电解液和
电池隔膜的作用,是一项新兴的技术手段。表1-2给出了
锂电池隔膜的主要生产商及其主要
产品信息。
锂电池隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以及与电解液的
浸润度有直接的联系。世界前三大隔膜生产商日本
Asahi(
旭化成) 、美国Celgard 、Tonen(东燃化学)都有自己独立的高分子实验室,并且化学背景非常深厚。国内锂电池厂家所采用的基体材料基本都是通过外购,自身研发实力不强。据了解旭化成与
Celgard已经自己生产部分聚丙烯、聚乙烯材料。特别是Tonen(东燃化学)和美孚化工合作后,采用美孚化工研发的
高熔点聚乙烯材料后,Tonen推出熔点高达170℃的湿法
PE锂电池隔膜。采用特殊处理的基体材料,可以极大的提高隔膜的性能,从而满足锂电池一些特殊的用途。
随着国内电池厂商对电池性能要求的日益提高,电池涂层技术:
导电材料&导电涂层
铝箔/铜箔在国内日趋得到重视。在处理电池材料的时候,常拥有高倍率充放电性能好,较大
比容量,但
循环稳定性较差,衰减较为严重等原因,不得不做取舍放弃。这个神奇的涂层,将电池的性能提高,带入
新纪元。
导电涂层是由分散好的纳米导电
石墨包覆颗粒等所组成。它能提供极佳的静态导电性能,是一层保护能量
吸收层。它也能提供好的遮盖防护性能。涂层有水性的和溶剂性的,能应用在铝片、
铜片、
不锈钢、铝和钛
双极板上。
6. 综合因子进而延长电池使用寿命;
7. 涂层厚度:常规单面厚1~3μm。
“十一五”期间,
中央政府将在锂电池研制方面投资6000万元,同时要求承担项目的公司按照10倍比例投入
配套资金,这样总的投资将达到6亿元。
2006年9月14 日,国家财政部等五部委联合印发了《关于调整部分商品
出口退税率和增补加工贸易禁止类商品目录的通知》。根据《通知》规定,
铅酸蓄电池、
氧化汞电池的出口退税政策被取消;而将锂电池出口退税13%上调至17%。
锂电池隔膜属于国家鼓励发展的电池
配套材料,符合国家《
当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》,同时属于“
国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020年)”中所列的
前沿技术第(11)项:高效
能源材料技术中的高效
二次电池材料及
关键技术专题。2008年度国家“863”计划将“低成本锂电池隔膜关键
技术研究”列为重点产业化导向项目。