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电池隔膜对电池安全性和成本有哪些影响,该如何制备隔膜?
隔膜是锂离子电池中的关键材料,其材料的稳定性和循环寿命直接影响电池的安全性和成本。目前主流的隔膜类型主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、硅/硅合金、硅/铝等。本文主要介绍不同类型电池隔膜的性能及其影响因素。在锂离子电池中,隔膜能够提供一定的空间,作为负极表面对锂离子提供保护或隔离作用。近年来锂离子电池成本居高不下、充放电次数不断增加等问题引起了人们对锂离子电池安全性能和成本问题进行深入研究。
隔膜主要分为聚丙烯(PP)和聚丙烯酸(PAN)两种。PAN纤维具有优异的耐热、耐寒、电绝缘性,化学稳定性较好,同时其良好的电化学性能使其在锂离子电池领域有着广阔的应用前景。聚丙烯酸(PAN)具有优异的电绝缘性,其电化学性能也优于 PAN纤维,且具有良好的热稳定性,对锂离子电池具有良好的导电性和隔阻性能。随着锂离子电池产量不断增长以及动力电池安全性问题的日益凸显,锂离子电池隔膜材料也向着高电化学性质方向发展。
隔膜在电池充放电过程中具有较高的导电性,可防止锂离子在负极表面形成短路,减少锂离子电池内部短路事故的发生。同时其还能提高电池的循环稳定性,延长电池的使用寿命。目前锂离子电池材料主要有硅基电池隔膜和铝基电池隔膜。基于对隔膜各性能特点及影响因素的分析,本部分主要对已报道隔膜做简单介绍。
目前锂离子电池隔膜制备主要分为两种工艺:热压法和溶胶-凝胶法。热压法是将待加工的基材通过一定的压力(一般为80-100 MPa)形成一定厚度的薄膜,再经过挤出制成模压的制品;溶胶-凝胶法是通过热固化工艺将待加工原料经过热固化工艺制备得到不含添加剂的胶体材料;溶胶-凝胶法是通过溶剂蒸发工艺制备得到胶体物质。通过对上述两种工艺对隔膜性能和循环寿命的影响进行分析和评价发现,热压法所制备的隔膜能满足电池负极材料的使用要求,且该方法所具有技术成熟度高,成本低廉等优点,因此越来越多地应用于大容量锂离子电池行业。溶浆-凝胶法隔膜由于制作工艺简单、成本低等优势一直受到国内外研究者的关注,然而通过添加适量助剂调节粘度或溶剂对基材等有一定粘度后就会影响最终所制隔膜在循环使用中的性能。
综上所述,目前常用的5种电池隔膜性能各不相同,性能的好坏直接影响电池安全性。目前,电池隔膜主要有以下几种类型:聚乙烯隔膜、聚氯乙烯隔膜、聚丙烯隔膜等。不同类型电池隔膜在充放电性能和成本方面有很大差别,其制备工艺复杂,因此目前仍未得到广泛应用。锂离子电池安全问题一直困扰着电池界人士,因此提高锂离子电池安全性能被视为锂电行业发展关键所在。未来在锂离子电池安全性能提高的基础上,需开发更具实用性和耐久性的电池隔膜。同时,进一步开发高效无毒无毒且成本较低可靠的隔膜制备工艺至关重要。
锂电膜有哪些功能特性?
PHA锂电膜具有优异的耐穿刺性、抗冲击性、耐磨擦性等性能,为锂电池封装铝塑膜提供超强“内芯”,是软包锂电池的核心材料之一。锂电膜与其他材料复合而成的铝塑膜延展性更好,在冲坑或遇到外力冲击时可保护内部基材,防止破裂和水汽渗入,大大提升了冲坑深度和电池容量,续航更持久。
锂离子电池隔膜的分类
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。