鋰電池隔膜的緊要性能參數以及制造工藝解析

鋰電池隔膜的緊要性能參數

孔徑大小及分布

1、孔徑的大小及分布與制備辦法有關；2、孔徑大小影響隔膜的透過能力；3、分布不平均導致電池內部電流密度不一致，形成枝狀晶刺穿隔膜。

透氣率

1、Gurley指數，是一個緊要物化指標；2、與電池內阻成正比；3、數值越大，內阻越大。

自動封閉機理

1、這是一種安全保護性能；2、限制溫度升高和戒備短路；3、安全窗口溫度越高愈好，電池的安全性越高；4、與隔膜的原材料和隔膜的結構有關；5、材料熔點決定隔膜的閉孔溫度。

孔隙率

孔的體積和隔膜體積的比值，一般隔膜孔隙率在35%-60%之間。

熱穩定性

隔膜受熱時尺寸穩定性。

力學強度

要求抗穿刺強度高；單向拉伸，拉伸~50N，橫向~5N；雙向拉伸，要求2個方向要求一致。

鋰電池隔膜制造工藝

高性能鋰電池要隔膜具有厚度平均性以及優良的力學性能（包括拉伸強度和抗穿刺強度）、透氣性能、理化性能（包括潤濕性、化學穩定性、熱穩定性、安全性）。據知道，隔膜的優異與否筆直影響鋰電池的容量、循環能力以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有緊要的用途。

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鋰電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標的難以兼顧決定了其加工工藝技術壁壘高、研發難度大。隔膜加工工藝包括原材料配方和快速配方調整、微孔制備技術、成套設備自主設計等諸多工藝。其中，微孔制備技術是鋰電池隔膜制備工藝的核心，依據微孔成孔機理的差別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。

干法隔膜工藝

干法隔膜工藝是隔膜制備過程中最常采用的辦法，該工藝是將高分子聚合物、添加劑等原料混合形成平均熔體，擠出時在拉伸應力下形成片晶結構，熱解決片晶結構獲得硬彈性的聚合物薄膜，之后在一定的溫度下拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前干法工藝緊要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。

干法單拉

干法單拉是使用流動性好、分子量低的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）聚合物，利用硬彈性纖維的制造原理，先制備出高取向度、低結晶的聚烯烴鑄片，低溫拉伸形成銀紋等微缺陷后，采用高溫退火使缺陷拉開，進而獲得孔徑均一、單軸取向的微孔薄膜。

干法單拉工藝流程為：

1、投料：將PE或PP及添加劑等原料按照配方預解決后，輸送至擠出系統。

2、流延：將預解決的原料在擠出系統中，經熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經流延后形成特定結晶結構的基膜。

3、熱解決：將基膜經熱解決后得到硬彈性薄膜。

4、拉伸：將硬彈性薄膜進行冷拉伸和熱拉伸后形成納米微孔膜。

5、分切：將納米微孔膜依據客戶的規格要求裁切為成品膜。

干法雙拉

據知道，干法雙拉工藝是中科院化學研究所開發的具有自主知識產權的工藝，也是我國特有的隔膜制造工藝。由于PP的β晶型為六方晶系，單晶成核、晶片排列疏松，擁有沿徑向生長成發散式束狀的片晶結構的同時不具有完整的球晶結構，在熱和應力用途下會轉變為更加致密和穩定的α晶，在吸收大量沖擊能后將會在材料內部出現孔洞。該工藝通過在PP中加入具有成核用途的β晶型改性劑，利用PP不同相態間密度的差異，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔。

干法雙拉工藝流程為：

1、投料：將PP及成孔劑等原料按照配方預解決后輸送至擠出系統。

2、流延：得到β晶含量高、β晶形態均一性好的PP流延鑄片。

3、縱向拉伸：在一定溫度下對鑄片進行縱向拉伸，利用β晶受拉伸應力易成孔的特性來致孔。

4、橫向拉伸：在較高的溫度下對樣品進行橫向拉伸以擴孔，同時提高孔隙尺寸分布的平均性。

5、定型收卷：通過在高溫下對隔膜進行熱解決，降低其熱收縮率，提高尺寸穩定性。

兩種干法工藝的特點

濕法隔膜工藝

濕法工藝是利用熱致相分離的原理，將增塑劑（高沸點的烴類液體或一些分子量相對較低的物質）與聚烯烴樹脂混合，利用熔融混合物降溫過程中發生固-液相或液-液相分離的現象，壓制膜片，加熱至接近熔點溫度后拉伸使分子鏈取向一致，保溫一按時間后用易揮發溶劑（例如二氯甲烷和三氯乙烯）將增塑劑從薄膜中萃取出來，進而制得的相互貫通的亞微米尺寸微孔膜材料。濕法工藝適合加工較薄的單層PE隔膜，是一種隔膜產品厚度平均性更好、理化性能及力學性能更好的制備工藝。依據拉伸時取向是不是同時，濕法工藝也可以分為濕法雙向異步拉伸工藝以及雙向同步拉伸工藝兩種。

濕法異步拉伸工藝

1、投料：將PE、成孔劑等原料按照配方進行預解決輸送至擠出系統。

2、流延：將預解決的原料在雙螺桿擠出系統中經熔融塑化后從模頭擠出熔體，熔體經流延后形成含成孔劑的流延厚片。

3、縱向拉伸：將流延厚片進行縱向拉伸。

4、橫向拉伸：將經縱向拉伸后的流延厚片橫向拉伸，得到含成孔劑的基膜。

5、萃取：將基膜經溶劑萃取后形成不含成孔劑的基膜。

6、定型：將不含成孔劑的基膜經干燥、定型得到納米微孔膜。

7、分切：將納米微孔膜依據客戶的規格要求裁切為成品膜。

濕法同步拉伸工藝

濕法同步拉伸技術工藝流程與異步拉伸技術基本相同，只是拉伸時可在橫、縱兩個方向同時取向，免除了單獨進行縱向拉伸的過程，加強了隔膜厚度平均性。但同步拉伸存在的問題第一是車速慢，第二是可調性略差，惟有橫向拉伸比可調，縱向拉伸比則是固定的。

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