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新型鋰電池隔膜材料和隔膜發(fā)展趨勢(shì)

來(lái)源:存能電氣  日期:2019-07-01 14:31  瀏覽量:

  新型鋰電池隔膜材料和隔膜發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)不同的物理、化學(xué)特性,鋰電池隔膜材料可以分為:織造膜、非織造膜、微孔膜、復(fù)合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。高孔隙率、高熱阻、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、對(duì)電解液具有良好浸潤(rùn)性是今后鋰電池隔膜材料的發(fā)展方向。

  鐵鋰電池隔膜材料發(fā)展趨勢(shì)

  國(guó)內(nèi)鐵鋰電池隔膜企業(yè)起步較晚,但專利成果產(chǎn)出多于大專院?;蚩蒲性核?。鋰電池隔膜材料種類將朝著多元化的方向發(fā)展,不僅僅局限于聚乙烯和聚丙烯類。隔膜結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控正在研發(fā)中,但目前要克服生產(chǎn)率低,成本高的劣勢(shì)。未來(lái)隔膜材料復(fù)合化也是性能提升的重要手段。

鋰電池隔膜材料.jpg

  隔膜材料種類多元化、復(fù)合化和結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控是發(fā)展趨勢(shì)

  通過(guò)專利統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn),雖然已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的鋰電池隔膜材料多為聚乙烯和聚丙烯類,但是一些性能更加優(yōu)異的聚合物材料也逐漸在實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)出來(lái),如偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亞胺(PI)、芳綸和纖維素等,隔膜材料的種類會(huì)朝著多元化的方向發(fā)展。

  目前的研究工作已經(jīng)聚焦在靜電紡絲法,其特點(diǎn)是改變紡絲條件可對(duì)隔膜的形貌和孔隙率進(jìn)行調(diào)控,從而獲得更小的孔尺寸、更高的孔隙率和內(nèi)部互通的開孔結(jié)構(gòu),這都有利于提高離子遷移率。可是此方法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低,成本高。但針對(duì)鋰電池隔膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)調(diào)控還會(huì)不斷優(yōu)化進(jìn)步。

  另外,復(fù)合化也是鐵鋰電池隔膜材料性能提升的一個(gè)重要手段,單一的隔膜材料可能熱穩(wěn)定性差,機(jī)械強(qiáng)度不高,但是通過(guò)多層復(fù)合或添加無(wú)機(jī)顆粒都能改善這些性能的不足,還可以針對(duì)隔膜材料表面改性提高吸液率,降低內(nèi)阻。

  新型鋰電池隔膜材料有哪些?

  材料一:PMIA

  PMIA是一種芳香族聚酰胺,在其骨架上有元苯酰胺型支鏈,具有高達(dá)400℃的熱阻,由于其阻燃性能高,應(yīng)用此材料的隔膜能提高鋰電池的安全性能。此外,由于羰基基團(tuán)的極性相對(duì)較高,使得隔膜在電解液中具有較高的潤(rùn)濕性,從而提高了隔膜的電化學(xué)性質(zhì)。使其具備商業(yè)化的前景。

  材料二:PET

  聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)是一種機(jī)械性能、熱力學(xué)性能、電絕緣性能均優(yōu)異的材料。PET類隔膜最具代表性的產(chǎn)品是德國(guó)Degussa公司開發(fā)的以PET隔膜為基底,陶瓷顆粒涂覆的復(fù)合膜,其表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能,閉孔溫度高達(dá)220℃。

  靜電紡絲PET隔膜熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于PE膜,為255℃,最大拉伸強(qiáng)度為12Mpa,孔隙率達(dá)到89%,吸液率達(dá)到500%,遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的Celgard隔膜,離子電導(dǎo)率達(dá)到2.27×10-3Scm-1,且循環(huán)性能也較Celgard隔膜優(yōu)異,電池循環(huán)50圈后PET隔膜多孔纖維結(jié)構(gòu)依然保持穩(wěn)定。

  材料三:PBO

  新型高分子材料PBO是一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、阻燃性的有機(jī)纖維。其基體是一種線性鏈狀結(jié)構(gòu)聚合物,在650℃以下不分解,具有超高強(qiáng)度和模量,是理想的耐熱和耐沖擊纖維材料。

  由于PBO纖維表面極為光滑,物理化學(xué)惰性極強(qiáng),因此纖維形貌較難改變。PBO纖維只溶于100%的濃硫酸、甲基磺酸、氟磺酸等,經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸刻蝕后的PBO纖維上的原纖會(huì)從主干上剝離脫落的,形成分絲形貌,提高了比表面積和界面粘結(jié)強(qiáng)度。

  材料四:PI

  聚酰亞胺(PI)同樣是綜合性能良好的聚合物之一,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較高的孔隙率,和較好的耐高溫性能,可以在-200~300℃下長(zhǎng)期使用。由于PI極性強(qiáng),對(duì)電解液潤(rùn)濕性好,所制造的隔膜表現(xiàn)出極佳的吸液率。靜電紡絲制造的PI隔膜相比于Celgard隔膜具有較低的阻抗和較高的倍率性能,0.2C充放電100圈后容量保持率依然為100%。

  以上就是新型鋰電池隔膜材料和隔膜發(fā)展趨勢(shì),鋰電池隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等,直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性,性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。

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