锂电隔膜工艺及对产品的性能要求
锂电隔膜工艺及对产品的性能要求
(1)产品分类
锂离子电池隔膜、正极材料、负极材料和电解液是组成锂离子电池最重要的材料。锂离子电池内部采用螺旋绕制结构，需用非常精细且渗透性强的薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成，具体结构如下图所示：
目前，大规模商品化的锂离子电池隔膜生产材料以聚烯烃为主，主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)复合材料。聚烯烃可提供良好的机械性能、化学稳定性和高温自闭性能，是当前锂离子电池隔膜的主要原材料，隔膜按不同特性划分的具体分类如下：
(2)产品功能
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。隔膜具体功能示意如下：
(3)产品性能
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。具体如下：
锂离子电池隔膜国内外分析研究
锂离子电池隔膜国内外研究 锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，因而成为近年来新型电源技术研究的热点。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其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。锂离子电池隔膜的材料主要有聚丙烯、聚乙烯单层微孔膜，以及它们的多层复合微孔膜。目前，世界上只有日本、美国等少数几个国家拥有锂离子电池聚合物隔膜的生产技术和相应的规模化产业。我国在锂离子电池隔膜的研究与开发方面起步较晚，但近年来出现了不少研究成果。 国外研究 株式会社巴川制纸所研究的锂离子二次电池隔板，具有含聚烯烃的多孔质基质材料，和在该多孔质基质材料的至少一个平面上含有偏二氟乙烯系树脂作为主成分的多孔质层。其电解液保持性、与电极的密合性、粘接性、尺寸稳定性优良，具有均匀性好的离子传导性，降低了与电极的界面电阻，进而具有断路特性。通过使用这种隔板，提供容量特性、充放电特性、循环特性、安全性、信赖性、等等优良的锂离子二次电池[CN1495936<申请日：2003.09.15、公开日：2004.05.12）]。 帝人株式会社研究的无水电解质的锂离子二次电池隔膜，主要由多孔片材制成。所述隔膜包括平均膜厚为10-35微M、基重为10-25克/M2的多孔膜，所述多孔膜包含平均膜厚为10-35微M、基重为6-20克/M2，根据JIS8117测定的透气性不大于100秒的片材 锂离子电池隔膜基础知 识培训手册 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-MG129] 从上图可知，隔膜可分为半透膜与微孔膜两大类。半透膜的孔径一般小于 1nm ，而微孔膜孔径在10nm以上，甚至到几微米。 （三）锂离子电池隔膜的功能及机理 1、隔膜在锂离子电池中的主要功能 ●在电池内部将正、负极分隔开来，防止接触造成短路； ●有良好的离子通过能力； ●有保持电解液的能力； ●有一定的保护电池安全的能力。 2、隔膜机理隔膜中具有大量曲折贯通的微孔，电解液中的离子载体可以在微孔中自由通过，在正负极之间迁移形成电池内部导电回路，而电子则通过外部回路在正负电极之间迁移形成电流，供用电设备利用。 （四）锂离子电池隔膜的主要用途 各种液态锂离子电池，如手机电池、便携式DVD电池、笔记本电脑电池、电动工具电池、GPS电池、电动车和储能装置电池等。 聚烯烃隔膜原料和生产原理 （一）聚烯烃隔膜分类 分类方 法 按材料分类按工艺分类按结构分类 种类PP、PE、 PP/PE复合 干法、湿法 单层PP、PE 多层PP、PE 三层 PP/PE/PP （二）聚烯烃隔膜的主要原料 隔膜使用的聚烯烃材料目前主要是聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE ）两类。聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。当前，商品化的液态锂离子电池大多使用微孔聚烯烃隔膜，因为聚烯烃化合物在合理的成本范围内可以提供良好的机械性能和化学稳定性，而且具有高温自闭性能，更加确保了锂离子二次电池在日常使用上的安全性。 （三）聚烯烃隔膜的主要生产方法 1、热致相分离法（湿法—TIPS） 利用高分子材料和特定的溶剂在高温条件下完全相容，冷却后产生相分离的特性，使溶剂相连续贯穿于聚合物相形成的连续固态相中，经过拉伸扩孔后，将溶剂萃取后在聚合物相中形成微孔。在目前湿法隔膜制造过程中，通常将聚烯烃树脂原料和一些其它低分子量的物质同混合，加热熔融混合均匀、经挤出拉伸成膜，再用易挥发溶剂把低分子物质抽提出来，形成微孔膜。 2、熔融拉伸法（干法—MSCS） 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。 在聚丙烯微孔膜制备中除了拉开片晶结构外，还可以通过在聚合物中添加结晶成核剂，形成特定的β晶型，然后在双向拉伸过程中发生β晶型向α晶型转变，晶体体积收缩产生微孔。 不同生产方法的隔膜特点 生产方干法湿法 精品文档 ．电池隔离膜 1．功用：(1)阻隔电池正负极2)让离子电流（ionic current ）通过，但阻力要尽可能地小。因此，吸收电解液之后所表现出来的离子导电度便与(1)隔离膜孔隙度（porosity ）、(2)孔洞弯曲度（tortuosity ）、(3)电解液导电度、(4)隔离膜厚度、及(5)电解液对隔离膜的润湿程度等因素有关系 隔离膜的引入而对离子传导所额外产生之电阻，应该是隔离膜吸收电解液之后的电阻减去与隔离膜相同面积和厚度之纯电解液的电阻，亦即R (隔离膜) = R (隔离膜 +电解液) – R (电解液) 电阻R 的定义为：A σ1R ?=（ 是离子传导途径的长度，A 是离子传导的有效面积，σ是离子导电度（比电阻ρ的倒数））多孔薄膜的孔洞弯曲度d s T = s 是离子经由隔离膜所必须行经之长度，d 则是隔离膜的厚度。多孔薄膜的孔隙度P 之定义为孔洞的体积和隔离膜外观几何体积的比值Ad A P s s =（其中A s 代表隔离膜负责离子传导的有效面积）所以得T P A A s ?= ??? ? ??-?=1 R 2P T R 電解液隔離膜 吸收了电解液之后的隔离膜，其电阻是原先没有隔离膜存在时的 (T 2/P) 倍。当孔洞弯曲度T 愈大，薄膜孔隙度P 愈小时，隔离膜的电阻就愈大 2. 隔离膜之材质与制备 隔离膜具多孔性的结构，孔径范围约在0.1 μm 或100 nm ，表面积非常大，受到电解液侵蚀的机率也当然跟着提高，材料的选择重要。材质有塑料类、玻璃类、和纤维素（cellulose ）类等，以塑料类为最大宗，最常见的有聚氯乙烯（polyvinyl chloride ；PVC ）、聚醯胺（polyamide ）、聚乙烯（polyethylene ；PE ）、及聚丙烯（polypropylene ；PP ）。塑料类隔离膜之所以应用地最广，除了是因为它比较易于控制厚度之外，也跟1960年代开始日益成熟的高分子科学及加工技术有密不可分的关系.目前, 商业化的锂离子电池都是采用聚烯烃类（polyolefin ）的多孔高分子薄膜（如表1.1）作为隔离膜，有的是PP ，有的是PE ，也有用PP/PE/PP 三层合一的。聚烯烃类的隔离膜不仅成本较低廉，而且有优良的机械强度和化学稳定度。关于高分子隔离膜的生产方法则可分为干式和湿式两种，其中干式制程中虽不使用溶剂，具有不污染电池的优点，但实际上现在却是以湿式法较为普遍。此外，两种制程最后均采取至少一个方向的拉伸（orientation ）动作，以便提升孔隙度与薄膜强度[]。若以多孔性聚乙烯隔离膜为例，其湿式法的制造程序（如）就是先将超高分子量的PE （23%）、二氧化硅（silica ；60%）、矿油（mineral oil ；12%）、和其它如抗氧化剂的加工助剂（processing aids ；2%）混合在一起，待均匀之后进行挤出程序（extrusion ），所得的膜再压延（calendaring ）到所要的厚度，通常是25 μm 左右。此时，膜的内部还含有很多矿油，所以呈现亮黑色。接着，再利用三氯乙烯（trichloroethylene ）当作萃取液将矿油从PE 膜里萃取（extract ）出来，以便留下孔洞结构[]。最后，成品中仍旧有绝大部份的SiO 2和少量的矿油（9-15%），前者的功用是在巩固孔洞以避免崩塌，而后者则有助于成品保持柔软性。 锂电池隔膜生产工艺详解 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 导读：锂离子电池是现代高性能电池的代表，由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。其中，隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，是锂离子电池产业链中具技术壁垒的关键内层组件，在锂电池中起到如下两个主要作用：1）隔开锂电池的正、负极，防止正、负极接触形成短路；2）薄膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路。 锂电池隔膜生产工艺复杂、技术壁垒高 高性能锂电池需要隔膜具有厚度均匀性以及优良的力学性能（包括拉伸强度和抗穿刺强度）、透气性能、理化性能（包括润湿性、化学稳定性、热稳定性、安全性）。据涂布在线了解，隔膜的优异与否直接影响锂电池的容量、循环能力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。 锂电池隔膜具有的诸多特性以及其性能指标的难以兼顾决定了其生产工艺技术壁垒高、研发难度大。隔膜生产工艺包括原材料配方和快速配方调整、微孔制备技术、成套设备自主设计等诸多工艺。其中，微孔制备技术是锂电池隔膜制备工艺的核心，根据微孔成孔机理的区别可以将隔膜工艺分为干法与湿法两种。 锂电池隔膜产品 干法隔膜按照拉伸取向分为单拉和双拉 干法隔膜工艺是隔膜制备过程中常采用的方法，该工艺是将高分子聚合物、添加剂等原料混合形成均匀熔体，挤出时在拉伸应力下形成片晶结构，热处理片晶结构获得硬弹性的聚合物薄膜，之后在一定的温度下拉伸形成狭缝状微孔，热定型后制得微孔膜。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。 锂离子电池隔膜的研究及发展现状 来源：佛山塑料集团股份有限公司日期：2018-7-1 作者：全球电池网点击：4599 摘要：综述了隔膜的主要作用及性能、国内外研究与发展现状。重点叙述了隔膜的制备方法，对干法和湿法的原理、工艺及所制得的隔膜性能上的区别进行了详细的阐述；同时简单介绍了隔膜的改性研究现状和新型电池隔膜的发展，最后对电池隔膜的未来发展趋势进行了展望。 关键词：锂离子电池；隔膜；研究进展 随着信息、材料和能源技术的进步，锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。锂离子电池除广泛用于日常熟知的手机、笔记本电脑以及其他数码电子产品之外，电动车的发展也将带动锂离子电池的更大需求，且在航空航天、航海、人造卫星、小型医疗、军用通信设备等领域中也得到了应用，逐步代替传统电池。据统计，2007年铅酸电池在电池市场中所占份额下降到50％以下，2007年以后锂离子电池已在市场中占主导地位。我国近几年在锂离子电池产业化方面取得了可喜进展，已成为全球重要的锂离子电池生产基地，产量跃居全球第三。目前国内从事锂离子电池行业的企业超过百家，其中深圳的比亚迪、比克，天津的力神等已发展成为全球电池行业的骨干企业。 随着锂离子电池应用范围的进一步扩大，隔膜材料的需求量将进一步增加。而世界上只有日本、美国等少数几个国家拥有锂离子电池聚合物隔膜的生产技术和相应的规模化生产，我国在锂离子电池隔膜的研究与开发方面起步较晚，仍主要依赖进口，隔膜的平均售价为8～15元／m2，约占整个电池成本的1／4，从而导致锂离子电池市场价格高居不下，目前国内80％以上的隔膜市场被美、目等国家垄断，国产隔膜主要在中、低端市场使用。实现隔膜的国产化，生产优质的国产化隔膜，能有望降低整个隔膜乃至锂离子电池的市场价格。 1 电池隔膜的主要作用及性能要求 电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，是锂离子电池最关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响。其主要作用有：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；让电解质液中的离子在正负极间自由通过。其锂离子传导能力直接关系到锂离子电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作 目前锂电池成本主要是隔膜和电解液 现在生产的锂离子电池的电芯的关键材料有四种：正极、负极、电解液、隔膜，其中锂离子电池中的正、负极材料中国的生产技术并不落后，不但满足国内生产需要，还向世界各地出口。但是，隔膜、电解液却有部分进口。这个问题正在逐步得到缓解，因为国内生产厂家增多，技术也逐步趋于成熟。 需要进口的原因是，产品的制造尚未达到精益求精的地步，或者是生产装备设计不足夠完美，所采购的原材料不能适应优质产品的需求，制造工艺水平没有及时提高，产品的基础研究没有持续发展有了成功之处就停止不前等等。 总的来说：目前，中国锂离子电池产业发展，是任何国家都拤不了脖子的。 中国需要努力的是更加精益求精，制造出更先进的设备，生产出更加优秀的成品，综合成本始终保持市场竞争力，进一步加强锂离子电池的基础研究和创新。 锂电池电芯的关键材料有四种：正极、负极、电解液、隔膜，在组装成动力电池时，又可以分离出组装配件这一材料大类。对于动力电池而言，使用进口电解液和隔膜推高了和继续推高着动力锂电池的成本，从而导致国内相关行业的止步不前甚至倒退。 目前隔膜、电解液、正极材料、负极材料这四个部分总共占到动力电池成本的85%，分别约为25%、15%、30%、15%，从部分进口的电解液材料来看，六氟磷酸锂是生产电解液的最主要原材料，其占电解液成本的50%左右。目前全球范围内只有中国、日本实现了六氟磷酸锂产业化，国内只有少数企业能生产,但产能相对较少,品质与国外也存在一定的差距。这导致我国的六氟磷酸锂主要使用进口产品，价格制定权为外企所左右。 而另一种技术含量更高的锂电池隔膜材料进口依赖度更高一些，这是因为有些国产隔离膜相比国外优秀隔离膜的主要区别在国产的一致性差，使用某些国产隔离膜会导致电池质量不稳定，特别是动力锂电池领域要求内部每个电芯的参数必须高度统一，而国内一些企业目前还没有完全解决。国内很多企业上马锂离子动力电池时仅仅看市场，还要选择国内企业配套技术水平，甚至选择 郑州正方科技： 在锂电池的结构中，隔膜是关闭的内存组件之一。隔膜的性能决定了电池的结构、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综合性能具有重要的的作用。 隔膜通俗点的描述就是一层多孔的塑料薄膜，是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，约占锂电池成本的20%——30%。隔膜价格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的技术被日本和美国所垄断，国产隔膜特别是高端薄膜的指标还未国外产品的水平。 隔膜的技术难点主要在于造孔的工程技术以及基本材料。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品稳定性。基本材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。 一、造孔工程技术 目前基乙烯隔膜生产工艺可按照干法和湿法分为两大类，同事干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。 干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜现在低温下拉伸形成微缺陷，然后高温下是缺陷拉开，形成微孔。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟，现在美国Celgard公司，日本UBE公司拥有干法单向拉伸工艺的一系列专利，日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP.PE以及三层PP/PE/PP复合膜。美国celgard的相关专利使用权，用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构，由于只进行单向拉伸，隔膜的横向强度 比较差，但正是由于没有横向拉伸，横向几乎没有热收缩。 干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发的具有自主知识产权的工艺。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂，利用聚丙烯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，用于生产单层PP膜。国内格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新时科技有限公司与中科院合作采用干法双向拉伸工艺。 湿法又称相分离法或热致相分离法，将高沸点的烃类液体或分子量的物质与聚烯烃树脂混合，加热融化混合物并把熔体铺在薄片上，最后降温发生分离，再以纵向或双向对薄片做取向处理，最后用易挥发的溶剂提取液体，可制备出相互贯通的微孔膜材料，使用的材料广，采用该法的具体代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国entek等，用湿法双向拉伸方法产生的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高纵向和横向强度，目前主要用于单层的PE隔膜。 从理论上分析，干法双向拉伸工艺生产的隔膜经过双向拉伸，在纵向拉伸强度相差不大的情况下，横向拉伸强度要明显高于干法单向拉伸工艺生产的隔膜。物理性能和机械性恩方面干法双向拉伸工艺的隔膜更占优势，然而湿法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透性。可以满足动力电池的最大电流重放的要求。但由于湿法采用聚乙烯基材，熔点只有140℃。所以热稳定性比较差。 隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点，而且项目周期很长，投资风险大，国内企业的投资热性并不高。国内能生产隔膜的企业仅 锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳组成。隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流密度等关键特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能起着有重要的作用。 锂离子电池隔膜生产材料目前还是以聚烯烃为首选，聚烯烃材料具有强度高、防火、耐化学试剂、耐酸碱腐蚀性好、生物相容性好、无毒等优点，在众多领域得到了广泛的应用。聚烯烃化合物可以提供良好的机械性能和化学稳定性，具有高温自闭性能，确保锂离子二次电池在日常使用上的安全性。 1 、厚度均匀性 隔膜的厚度均匀性与所有薄膜生产企业要求是一样的，是一个永远追求的重要的质量指标，它直接影响隔膜卷的外观质量以致内在性能，是生产过程严加控制的质量指标之一。锂电池用户对隔膜的分切有其特殊的要求，除了有特殊的隔膜分切机、专业培训的专业分切人员外，与隔膜自身的厚度均匀性关系最为密切。 在自动化程度很高的隔膜生产线上，隔膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪及快速反馈控制系统进行自动检测和控制的。隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。其中横向厚度均匀性尤为重要。一般均要求控制在+1微米以内。“南通天丰”公司厚度现已控制在+0.5微米以内。 2、力学性能 隔膜的力学性能是影响其应用的一个重要因素，如果隔膜破裂，就会发生短路，降低成品率，因此要求隔膜在电池组装和充放电结构使用过程中，需要自身具有一定的机械强度。隔膜的机械强度可用抗穿刺强度和拉伸强度来衡量。 拉伸强度，隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联。采用单轴拉伸，膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同；而采用双轴拉伸时，隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大，这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。 抗穿刺强度，抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量，用它来表示隔膜在装配过程中发生短路的趋势。因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间，需要承受很大的压力。为了防止短路，所以隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。抗穿刺强度值一般在300-500g。 3、透过性能 透过性能可用在一定时间和压力下，通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。 作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径一般在0.03-0.12um。孔径太小增加电阻，孔径太大易使正负极接触或被枝晶刺穿短路。 隔膜厂家现在基本以透气度、孔隙度指标来衡量透气性。透气率是指特定的空气在特定的压力下通过特定面积隔膜所需要的时间，用Gurley值来表示。根据隔膜厚度，一般在300-700s/100ml。孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率，它与原料树脂及膜的密度有关。现有锂离子电池隔膜的孔隙率在40%-50%之间。 4、理化性能 润湿性和润湿速度：较好的润湿性有利于提高隔膜与电解液的亲和性，扩大隔膜与电解液的接触面，从而增加离子导电性，提高电池的充放电性能和容量。隔膜对电解液的润湿 隔膜的基本要求 电池隔膜最主要的功能是电子绝缘离子导通，即阻止正负电极在电池中的直接的电子接触，但是离子可以自由通过。对于锂离子电池用隔膜，基本要求如下： 看的人多，回的人少，太不给面子了，索性俺也......{f17) 1.厚度: 2.透气率: 3.浸润度: 4.化学稳定性: 5.孔径: 6.穿刺强度: 7.热稳定性: 8.热关闭温度: 9.孔隙率: 1. 厚度 对于消耗型锂离子电池（手机、笔记本电脑、数码相机中使用的电池），25微米的隔膜逐渐成为标准。然而，由于人们对便携式产品的使用的日益增长，更薄的隔膜，比如说20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜开始大范围的应用。对于动力电池来说，由于装配过程的机械要求，往往需要更厚的隔膜，当然对于动力用大电池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同时意味着更好的安全性. 2.透气率: 从学术角度来说，隔膜在电池中是惰性的，即隔膜不是电池的必要组成部分，而仅仅是电池工业化生产的要求。隔膜的存在首先要满足它不能恶化电池的电化学性能，主要表现在内阻上。含电解液的隔膜的电阻率和电解液本身的电阻率之间的比值称为MacMullin数。一般来说，消耗型锂离子电池的这个数值为接近8，当然这个数值越小越好。通常来说，锂离子电池隔膜中会有一个透气率的参数，或者叫Gurley数。这个数是这么定义的，即一定体积的气体，在一定压力条件下通过一定面积的隔膜所需要的时间，气体的体积量一般为50cc，有些公司也会标100cc，最后的结果会差两倍。面积应该是1平方英寸，压力差记不太清楚了。这个数值从一定意义上来讲，和用此隔膜装配的电池的内阻成正比，即该数值越大，则内阻越大。然而，对于不同的隔膜，该数字的直接比较没有任何意义。因为锂离子电池中的内阻和离子传导有关，而透气率和气体传到有关，两种机理是不一样的。换句话说，单纯比较两种不同隔膜的Gurley数是没有意义的，因为可能两种隔膜的微观结构完全不一样；但同一种隔膜的Gurley数的大小能很好的反应出内阻的大小，因为同一种隔膜相对来说微观结构是一样的或可比较的。 技术指标 名词解释 锂电池隔膜 锂电池因能量密度高、循环寿命长、质量轻、体积小等特性，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，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜采用塑料膜制成，可隔离电池正负极，以防止出现短路；还可以在电池过热时，通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。 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、循环性能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。目前60%～70%的隔膜市场主要采用湿法双向拉伸工艺，因为湿法双向拉伸纵向横向更加均匀平衡。而且湿法主要用于高端隔膜，干法用于中低端产品。 聚合物薄膜在薄膜太阳能电池中同样具有广阔的应用空间，开发生产锂电池隔离膜、太阳能光伏新材料是制膜企业产业升级的大方向。但国内能够生产隔膜的企业屈指可数，导致一直受制于国外进口， 价格居高不下，这是锂电制造成本很高的一个主要原因，当然也是影响锂电应用的重要原因之一。 目前，国内能生产隔膜的企业仅有星源科技、金辉高科两家技术相对成熟，市场供应量严重不足，大部分依赖进口，市场主要被日本旭化成工业、东燃化学，及美国Celgard把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点，而且项目周期很长，投资风险较大，国内企业的投资热情并不高。 预计全球对聚乙烯、聚丙烯和芳烃等主要石化产品的需求将以高于全球GDP2-3%的速度增长，而亚洲增速最快。 锂离子电池隔膜的研究及发展现状 樊孝红，蔡朝辉，吴耀根，叶舒展，徐冰 (佛山塑料集团股份有限公司，广东佛山528000) 摘要：综述了隔膜的主要作用及性能、国内外研究与发展现状。重点叙述了隔膜的制备方法，对干法和湿法的原理、工艺及所制得的隔膜性能上的区别进行了详细的阐述；同时简单介绍了隔膜的改性研究现状和新型电池隔膜的发展，最后对电池隔膜的未来发展趋势进行了展望。 关键词：锂离子电池；隔膜；研究进展 随着信息、材料和能源技术的进步，锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。锂离子电池除广泛用于日常熟知的手机、笔记本电脑以及其他数码电子产品之外，电动车的发展也将带动锂离子电池的更大需求，且在航空航天、航海、人造卫星、小型医疗、军用通信设备等领域中也得到了应用，逐步代替传统电池。 Kynar? PVDF for Separator Coating Arkema at a glance Advantages of Kynar? PVDF Production (4)锂电池隔膜概念股一览 锂电池上市公司一览 “十二五”期间，“膜”的国产化将成为国家扶持的重点，为此在薄膜国产化和新能源动力汽车发展的前景下，相关的锂电池隔膜生产企业将会受益。那么具体锂电池隔膜概念股一览锂电池上市公司具体如下： 锂电池隔膜概念股一览锂电池上市公司一览 纽米科技投产云天化（600096）新材料产业渐成形日前，云天化重庆纽米新材料科技有限责任公司投产塈重庆研发中心揭牌典礼在晏家工业园隆重举行。中国科学院理化技术研究所所长李世元、国家863计划动力电池专家组组长曹亚等行业专家出席典礼仪式，云天化集团公司副董事长兼总经理他盛华、长寿区区长韩树明及云南省国资委云天化集团监事会主席王迤南在典礼上致辞，对云天化在新材料、新能源方面的发展给予了高度的肯定。 据了解，纽米科技成立于2010年2月，位于重庆长寿经济技术开发区，总占地面积130亩，主要从事新材料、新能源材料的研发和生产，是云天化投资设立的全资子公司。公司与成都慧成科技公司合作，现已获得具有自主知识产权的高性能隔膜生产技术，并已建成年产1500万平方米高性能锂离子电池隔膜生产线一条，是重庆市科委批准的2010年重庆市纯电动汽车研发与应用示范项目及国家发改 委批准的国内投资鼓励发展项目；未来3至5年，纽米科技将形成年产2亿平方米高性能锂离子电池隔膜的生产能力。 同时揭牌成立的重庆研发中心为云天化的二级单位，下设五个研发部，分别负责聚甲醛合成技术和改性技术的研究与产品开发、玻璃纤维改性技术研究和复合材料的开发、LTCC带的开发和关键原材料的制备技术研究、氟塑料及太阳能背光膜制备技术的研究以及储能材料的制备技术研 究等，可充分发挥云天化在聚甲醛工程塑料和玻璃纤维产业上的优势，形成聚甲醛与玻璃纤维复合材料系列产品的生产，实现两大产业的有机结合，促进公司聚甲醛和玻璃纤维的产业升级。 业内人士表示，近年来，云天化持续深入企业转型，主业平台成功由以肥为主转变为“以化为主、相关多元”，并重点在新材料及新能源两大领域谋求发展，增强了抵御行业风险和增强综合盈利能力。通过在重庆、珠海、巴西等地区的产业布局及国内外的技术合作，公司在玻纤及聚甲醛两大产业上的产能及技术均处于行业领先水平。此次纽米科技正式投产塈重庆研发中心揭牌成立后，云天化将实现锂电池隔膜的量产，在聚甲醛及玻纤产品的研发能力也将获大幅增强，可助其向“两新”的产业方向顺利转型。 锂电池隔膜项目 建议书 规划设计/投资方案/产业运营 锂电池隔膜项目建议书 在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，也是技术壁垒最高 的一种高附加值材料，约占锂电池成本的20-30%。隔膜厚度为8-40μm， 在电池中起着防止正极与负极接触，阻隔充放电时电路中的电子通过，允 许电解液中锂离子自由通过，从而实现离子传导的重要作用。近年来，在 新能源汽车、3C产品等市场需求的推动下，我国锂电池隔膜市场快速增长。根据GGII统计数据，2014年，我国国内锂电池隔膜出货量还仅为4.5亿平方米，到2018年已达20亿平方米，同比增长39.37%，对应锂电池装机规 模接近100GWh。 该锂电池隔膜项目计划总投资14920.29万元，其中：固定资产投资12327.70万元，占项目总投资的82.62%；流动资金2592.59万元，占项目 总投资的17.38%。 达产年营业收入17567.00万元，总成本费用13315.05万元，税金及 附加247.43万元，利润总额4251.95万元，利税总额5085.86万元，税后 净利润3188.96万元，达产年纳税总额1896.90万元；达产年投资利润率28.50%，投资利税率34.09%，投资回报率21.37%，全部投资回收期6.18年，提供就业职位334个。 坚持节能降耗的原则。努力做到合理利用能源和节约能源，根据项目 建设地的地理位置、地形、地势、气象、交通运输等条件及“保护生态环境、节约土地资源”的原则进行布置，做到工艺流程顺畅、物料管线短捷、公用工程设施集中布置，节约资源提高资源利用率，做好节能减排；从而 实现节省项目投资和降低经营能耗之目的。 ...... 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2e6544854.html, 锂离子电池隔膜的工艺及性能研究 作者：鱼澎 来源：《E动时尚·科学工程技术》2019年第05期 摘要：锂离子电池因其体积小、能量密度高、自放电小、安全性高、可大电流充放电、 寿命长、环境友好等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车、航空航天、军事装备等多个领域。 关键词：锂离子电池;隔膜工艺;性能 0 前言 锂离子电池的内部结构中正极、负极、隔膜和电解液是最为核心的四大材料，对锂电池的能量密度、循环性能、倍率性能、内阻等关键性能指标，以及耐高温、阻燃、自关断、电化学稳定性等安全性表现，均起着直接决定和综合影响的作用。隔膜作为关键的内层组件之一，其主要作用是隔绝正负极以防止两极接触而短路;同时作为锂离子的迁移通道，允许电解液中的锂离子在充放电时能自由通过微孔以保证电池正常工作，是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件。 1 隔膜的性能要求 1.1 力學强度 隔膜在电池结构及充放电反应过程中需要具有一定的机械强度。隔膜的一个重要作用是将正负极反应隔开，如果隔膜皱缩或破裂导致电解液渗透，就会发生电池短路，具有很大的安全隐患，因此隔膜需要有一定的力学强度和韧性。锂离子电池在充电过程中锂离子被还原生成金属锂枝晶，这就要求隔膜材料要有一定的抗穿刺强度。另外，隔膜材料也应该具有一定的拉伸强度，锂离子电池在反应过程中会放出或吸收热量，隔膜会发生相应的涨缩，如果隔膜的拉伸强度不够，就会造成隔膜破损，也会导致短路发生。 1.2 热稳定性 由于锂离子电池中电解质溶液除了水溶剂，还会采用有机溶剂和非水电解液，因此隔膜应具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能，能够在电池多次充放电过程中实现结构的完整性与反应的稳定性。此外，锂离子电池在充放电反应中会放热，电池在连续工作时温度会升高，隔膜的热稳定性能够保证在电池长时间工作时减少收缩形变量，避免电池皱缩导致的正负极接触而导致电池短路。 1.3 孔隙分布及孔隙率 锂离子动力电池隔膜的功能和技术要求 锂电池隔膜由于投资风险大、技术门槛高，一直未能实现国内大规模生产，成为制约我国锂电池行业发展的瓶颈。 作为目前新能源汽车的主要动力，锂离子动力电池具有比能量和电压相对较高、工作温度范围较宽、无记忆效应、循环寿命相对较长等优点。从结构组成上看，锂离子动力电池主要由正极材料、负极材料、电解质、电池隔膜、封装材料等这五个部分组成。下面我们就来谈谈锂离子动力电池隔膜的制备及技术要求。 隔膜的功能和技术要求 电池隔膜是一类多孔隙薄膜，在吸收电池电解液后，可隔离正、负极以防止短路。同时给锂离子电池提供实现充放电功能、倍率性能的微孔通道，实现锂离子的传导。在电池过充或者温度变化较大时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导来防止爆炸。因此锂离子动力电池中的主要功能包含实现充放电和安全保障两个方面。 相比较消费类锂离子电池，锂离子动力电池在新能源汽车上使用时，需要提供更高的电压、更大的功率以及更多的电量。隔膜作为电池的关键零部件之一，隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流密度等关键特性。 影响隔膜的因素包括、厚度、空气渗透性、浸润性、孔结构和孔隙率、热稳定性和一致性等。隔膜对电池性能的一些影响如下表所示： 性能优异的隔膜对提高动力锂电池的综合性能有重要作用，因此对锂离子动力电池隔膜的使用提出了更高的要求： （1）必须具备良好的绝缘性，以防止正负极接触短路或是被毛刺、颗粒、枝晶刺穿而出现的短路； （2）具有足够的穿刺强度、拉伸强度等，并在突发的高温条件下基本保持尺寸的稳定，不会熔缩导致电池的大面积短路和热失控； （3）隔膜在厚度、透气、孔径分布等方面性能需要保持较高的均一性； 锂离子电池隔膜的性能要求 锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳组成。隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池及动力电池的综合性能有重要作用。 锂离子电池隔膜生产材料目前还是以聚烯烃为首选，聚烯烃材料具有强度高、防火、耐化学试剂、耐酸碱腐蚀性好、生物相容性好、无毒等优点，在众多领域得到了广泛的应用。聚烯烃化合物可以提供良好的机械性能和化学稳定性，具有高温自闭性能，确保锂离子二次电池在日常使用上的安全性。 锂离子电池隔膜主要性能要求： 1、厚度均匀性 隔膜的厚度均匀性与所有薄膜生产企业要求是一样的，是一个永远追求的重要的质量指标，它直接影响隔膜卷的外观质量以致内在性能，是生产过程严加控制的质量指标之一。锂电池用户对隔膜的分切有其特殊要求，除了有特殊的隔膜分切机、专业培训的专业分切人员外，与隔膜自身的厚度均匀性关系最为密切。 在自动化程度很高的隔膜生产线上，隔膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪及快速反馈控制系统进行自动检测和控制的。隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。其中横向厚度均匀性尤为重要。一般均要求控制在+1微米以内。“南通天丰”公司厚度现已控制在+0.5微米以内。 2、力学性能 隔膜的力学性能是影响其应用的一个重要因素，如果隔膜破裂，就会发生短路，降低成品率，因此要求隔膜在电池组装和充放电结构使用过程中，需要自身具有一定的机械强度。隔膜的机械强度可用抗穿刺强度和拉伸强度来衡量。 ①拉伸强度： 隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联。采用单轴拉伸，膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同；而采用双轴拉伸时，隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大，这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。 ②抗穿刺强度： 抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量，用它来表征隔膜在装配过程中发生短路的趋势。因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间，需要承受很大的压力。为了防止短路，所以隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。经验上，抗穿刺强度值在11.8kg/mm。 3、透过性能 透过性能可用在一定时间和压力下，通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。 作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径一般在0.03-0.12um。孔径太小增加电阻，孔径太大易使正负极接触或被枝晶刺穿短路。 隔膜厂家现在基本以透气度、孔隙度指标来衡量透气性。透气率是指特定的空气在特定的压力下通过特定面积隔膜所需要的时间，用Gurley值来表示。根据隔膜厚度，一般在200-500s。孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率，它与原料树脂及膜的密度有关。现有 隔膜对锂电池性能的影响 1）OCV特性： 对于电压一致性要求较高的18650 电池为例，薄隔膜或孔洞过大会加快电池的自放电过程，从而降低电池的电压一致性。笔者经验，较薄的单层隔膜有着相对大一写的自放电速度表现。 2）电化学特性： 三层隔膜与单层隔膜相比，单层隔膜由于通常厚度较薄，离子迁移通道较短，极化现象有一定消弱，电池的低温电压平台相对较高。同理，采用薄隔膜或者大孔径隔膜的电池循环也表现相对较好。 3)厚度: 对于消耗型锂离子电池（手机、笔记本电脑、数码相机中使用的电池），25微米的隔膜逐渐成为标准。然而，由于人们对便携式产品的使用的日益增长，更薄的隔膜，比如说20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜开始大范围的应用。对于动力电池来说，由于装配过程的机械要求，往往需要更厚的隔膜，当然对于动力用大电池，安全性也是非常重要的，而厚一些的隔膜往往同时意味着更好的安全性. 4)透气率: 从学术角度来说，隔膜在电池中是惰性的，即隔膜不是电池的必要组成部分，而仅仅是电池工业化生产的要求。隔膜的存在首先要满足它不能恶化电池的电化学性能，主要表现在内阻上。含电解液的隔膜的电阻率和电解液本身的电阻率之间的比值称为MacMullin数。一般来说，消耗型锂离子电池的这个数值为接近 8，当然这个数值越小越好。通常来说，锂离子电池隔膜中会有一个透气率的参数，或者叫Gurley数。这个数是这么定义的，即一定体积的气体，在一定压力条件下通过一定面积的隔膜所需要的时间，气体的体积量一般为 50cc，有些公司也会标100cc，最后的结果会差两倍。面积应该是1平方英寸，压力差记不太清楚了。这个数值从一定意义上来讲，和用此隔膜装配的电池的内阻成正比，即该数值越大，则内阻越大。然而，对于不同的隔膜，该数字的直接比较没有任何意义。因为锂离子电池中的内阻和离子传导有关，而透气率和气体传到有关，两种机理是不一样的。换句话说，单纯比较两种不同隔膜的Gurley数是没有意义的，因为可能两种隔膜的微观结构完全不一样；但同一种隔膜的Gurley数的大小能很好的反应出内阻的大小，因为同一种隔膜相对来说微观结构是一样的或可比较的。 5) 浸润度: 为了保证电池的内阻不是太大，要求隔膜是能够被电池所用电解液完全浸润。这方面没有一个公认的检测标准。大致可以通过以下试验来判断：取典型电解液（如 EC：DMC=1:1，1M LiPF6），滴在隔膜表面，看是否液滴会迅速消失被隔膜吸收，如果是则说明浸润性基本满足要求。更准确的测试可以用超高时间分辨的摄像机记录从液滴接触隔膜到液滴消失的过 文件名称 文件编号 一、目的涂布检验规范有限公司——质量体系文件 版本号第一版发文部门 页码事务部 1/3生效日期2014-11-01 1.1指导Mo执行、ipqc、oqc检验,以确保做出产品满足涂客户需求. 二、适用范围 2.1适用于本公司的涂布工艺。 三、职责 3.1品管部:ipqc、oqc负责按涂布隔膜涂层检查表进行检验,判定；不合格品的隔离跟踪. 3.2制造部:负责按作业指导书标准进行生产；不合格批次处理，不良品的原因分析,对策制定并指导生产线按相关标准作业. 四、定义 4.1不合格定义 4.1.1 CR类（致命缺陷）不合格： 产品不符合法律法规要求；造成产品不能使用的或存在安全隐患的缺陷； 4.1.2 MAJ（重缺陷）类不合格： 影响产品性能使用的缺陷；严重影响外观的缺陷（如：褶皱、掉粉、漏途等）。 4.1.3 MIN（轻缺陷）类不合格： 不影响产品的性能使用的轻微外观缺陷。不会引起投诉的缺陷。 4.2规定合格品质水平 产品合格质量水平由品质部与技术部确定。除非另有规定，一般情况用下列标准值做判定： 编制人/日期审核人/日期批准人/日期 收文部门制造部文件名称 文件编号涂布检验规范有限公司——质量体系文件 版本号第二版修改状态 页码第一次 2/3生效日期2014-11-01 a:粒度标准：D90; 1.55~1.68μm。 b:涂层2um透气度标准增加值6%-10% 涂层3um透气度标准增加值6%-10% 涂层4um透气度标准增加值8%-12% c:涂层2um克重标准3.5g---4.2g 涂层3um克重标准5.2g—5.8g 涂层4um克重标准5.6g—6.2g d:热收缩标准：90℃横向2%纵向2%105℃横向4%纵向4%e、厚度标准：隔膜标准规格所要求涂布厚度正0负2um 宽度标准：标准规格宽度正负2um 褶皱：凹痕不超过2调宽度不超过1mm。锂离子电池隔膜基础知识培训手册
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隔膜的基本知识
锂电池隔膜精华
4. 阿科玛PVDF共聚物在锂电池隔膜涂层中的应用
Dr. Luc YU, Business Development Engineer, Kynar Fluoropolymer, Arkema China Tianjin, China May 9th 2013
Global producer of specialty chemicals Worldwide No.1 to No.3 in its strongest product lines Total sales 2012: €6.4bn 9 research centers 84 industrial plants* 14,000 employees*
Arkema Is Global Leader In PVDF Production, (Since 1963)
Multi Production Sites, USA, Europe, and China
Large Global Production Capacity Plus New Investments To Meet Future Demand Made By Emulsion Polymerization
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Wide range of solution viscosity Wide range of copolymer composition Better Resin Solubility Improved Electrode Flexibility Higher Interconnectivity (Ionic and Electron Transport)
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