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锂离子电池隔膜详解,简述电池隔膜的重要性

锂离子电池隔膜详解,简述电池隔膜的重要性

  • 分类:行业动态
  • 作者:ZC-New Material
  • 来源:
  • 发布时间:2024-02-01
  • 访问量:0

【概要描述】锂离子电池因其具有的高电压、高比能量、长寿命等优点而成为最受青睐的二次电池。

锂离子电池隔膜详解,简述电池隔膜的重要性

【概要描述】锂离子电池因其具有的高电压、高比能量、长寿命等优点而成为最受青睐的二次电池。

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锂离子电池因其具有的高电压、高比能量、长寿命等优点而成为最受青睐的二次电池。隔膜作为电池中的核心材料之一,决定着锂电池的性能,因此隔膜材料及制备技术急需被深入研究。下面浅谈锂电池隔膜详解,电池隔膜的重要性。锂离子电池隔膜分类:根据物理、化学特性的差异,锂电池隔膜可以分为: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。虽然类型繁多,至今商品化锂电池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

 

一、锂离子电池隔膜详解锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液等几部分构成,充电时,锂离子(Li+)从正极脱出在电解液中穿过隔膜到达负极并嵌入到负极晶格中,此时正极处于贫锂态,负极处于富锂态;而放电时,Li+再从富锂态的负极脱出再次在电解液中穿过隔膜到达贫锂态的正极并插入正极晶格中,此时正极处于富锂态,负极处于贫锂态。为保持电荷的平衡,充、放电过程中Li+在正负极间迁移的同时,有相同数量的电子在外电路中来回定向移动从而成电流。

 

二、电池隔膜的重要性隔膜是锂离子电池的重要组成部分,它位于电池内部正负极之间,保证锂离子通过的同时,阻碍电子传输。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。

 

  • 隔膜在锂电池中的功能主要体现在两个方面:一是给电池提供安全保障。隔膜材料首先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,因此,隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺强度,不易撕裂,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。二是给锂离子电池提供实现充放电功能、倍率性能的微孔通道。因此,隔膜必须是具有较高孔隙率而且微孔分布均匀的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制约着电池中锂离子的迁移,体现在性能参数上就是离子电导率。

 

  • 锂电池对隔膜的要求锂离子电池对隔膜的要求包括:(1)具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;(2)有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;(3)耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性,这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物;(4)具有良好的电解液的浸润性,并且吸液保湿能力强;(5)力学稳定性高,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;(6)空间稳定性和平整性好;(7)热稳定性和自动关断保护性能好;(8)受热收缩率小,否则会引起短路,引发电池热失控。除此之外,动力电池通常采用复合膜,对隔膜的要求更高。

 

  • 隔膜行业未来发展趋势

(1)下游薄型化、功能化需求进一步提升,对隔膜产品性能及功能提出更高要求随着新能源行业的发展,下游锂电池行业容量、性能、安全性等综合指标在不断进步,隔膜产品的薄型化及功能化需求也将进一步提升。薄型化始终是锂电隔膜行业发展的重点之一,在干法隔膜领域,10μm 及以下隔膜的规模化应用将是行业下一阶段研发聚焦的主要问题。与此同时,伴随各细分应用领域的成熟,下游对隔膜的选型也将更有侧重,推动隔膜向功能化方向发展。如在动力电池领域,厚度及孔隙率是主要考察因素,直接关系消费者的驾驶体验;在储能电池领域,则会重点考察隔膜对电池循环寿命等影响,延长使用时间;在高经济性要求应用领域,锂电池厂商也会愈发加大对隔膜性价比的考察力度,以保障自身利润空间。为适应下游应用的更高要求,隔膜厂商需保持对工艺技术及工艺过程的研究、改良,持续高效地进行研发创新,以在高性能、功能化的需求背景下提供经济性最优的隔膜产品。此外,钠离子电池、半固态电池等前沿领域的逐步发展也在隔膜应用方面催生了新的需求,需隔膜厂商在产品及技术上进行前瞻性布局。

(2)涂覆膜应用不断扩大,涂覆配方差异化根据具体的涂覆材料,涂覆能够有效提高锂电池隔膜的抗穿刺和耐热性、提高吸液能力、也可改善电解质亲和性、解决隔膜注液褶皱等问题,近年来涂覆膜应用不断扩大。目前市场上常见的涂覆材料包括无机陶瓷、PVDF、芳纶等材料,可选材料种类相对较少且部分原料供应紧张,各大隔膜厂商正积极拓展涂覆材料范围,研发新的涂覆配方,包括功能性涂覆、低成本涂覆等重点方向,预计未来掌握高品质涂覆核心配方和工艺的隔膜企业将拥有更大的发展空间。

(3)干法隔膜中,三层共挤隔膜应用场景扩大,逐步成为主要应用形式相比传统干法隔膜,三层共挤隔膜拥有众多优点,具体来说,三层共挤隔膜可以通过配方和工艺的调节,同步实现干法隔膜薄型化以及强度提升,满足下游电池产品的高能量密度要求;另一方面,凭借特殊的孔道设计,三层共挤隔膜具有更强的抗异物能力,安全性更高;此外,三层共挤隔膜拥有多层交错的孔结构,孔隙率和曲折度可调空间大,可匹配电池体系的设计,进而有利于电池产品性能和安全性的同步改进。

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