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锂离子电池隔膜材料的研究进展

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-09-04 23:11:02   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:419


3锂离子电池隔膜的研究现状

3.1多层隔膜

干法工艺主要以PP为主要原料,而湿法工艺主要以PE为主要原料。因此以干法工艺制备的隔膜通常闭孔温度较高,同时熔断温度也很高,而以湿法工艺制备的PE隔膜闭孔温度较低,熔断温度也较低。考虑到安全性能,锂离子电池隔膜通常要求具有较低的闭孔温度和较高的熔断温度。因此,多层隔膜的研究受到广泛关注,多层隔膜结合了PE和PP的优点。Celgard公司[6]主要生产PP/PE双层和PP/PE/PP3层隔膜,3层隔膜具有更好的力学性能,PE夹在2层PP之间可以起到熔断保险丝的作用,为电池提供了更好的安全保护,见图2。NittoDenko公司[7]采用干燥拉伸法,从PP/PE双层隔膜中提取了单层隔膜,其具有PP和PE微孔结构,在PE熔点附近,其阻抗增加,在PP熔点以下仍具有很高的阻抗。ExxonMobil公司[8]采用专有的双向拉伸生产工艺,并以特殊定制的高耐热性聚合物为基础制成了多层隔膜,在105℃下的热收缩率仅在1%~3.5%之间,孔隙率在50%左右,而破膜温度达到了180~190℃,同时还保持了较好的闭孔温度和力学性能。

3.2隔膜表面的改性技术

PE和PP隔膜对电解质的亲和性较差,研究者对此进行了大量的改性工作,如在PE、PP微孔膜的表面接枝亲水性单体或改变电解质中的有机溶剂等。程琥等[9]在Celgard2400单层PP膜表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯,改善了隔膜的润湿性,提高了隔膜的循环性。RuiyingMiao等[10]以现有的强度较高的液态锂离子电池用3层复合微孔膜作为基体进行涂覆PVDF表面处理,在表面形成一层改性膜,改性膜材料与正极材料兼容并能复合成一体,使该膜在具有较高强度的前提下,降低了隔膜的厚度,减小了电池的体积,见图2。

3.3新型锂离子电池隔膜

3.3.1高孔隙率纳米纤维隔膜

近年来,纳米纤维膜的制备技术受到广泛关注,而静电纺丝是最为重要的方法,但在解决单喷头静电纺丝的局限、纳米丝之间不黏结和薄膜力学性能低等关键技术方面有待突破。中科院理化技术研究所[11]经过多年的努力,在静电纺丝制备纳米纤维锂离子电池隔膜项目上取得了突破性的进展。研制了多点多喷头静电纺丝设备,开发具有生产价值的制备技术,掌握了纳米纤维膜孔隙率控制技术。同时将纳米纤维隔膜装配的锂离子电池与用进口PE、PP隔膜装配的电池相比,其循环性能得到提高,热稳定性得到了明显改善,在14C放电条件下,纳米纤维隔膜电池的能量保持率在75%~80%之间,而进口PE/PP隔膜电池的能量保持率仅为15%~20%。图3为静电纺丝原理示意图,图4为静电纺纳米纤维膜SEM图。

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关键词: 隔膜 锂离子电池

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