高安全性功能锂离子电池陶瓷涂覆隔膜逆势而生。锂离子电池能量继续提升的途径是通过结构设计、集成技术来实现,但是这样会造成隔膜机械强度降低的问题,容易发生热失控,降低电池的安全性。通过陶瓷隔膜来提高安全性,打造安全芯。把陶瓷隔膜纳米颗粒涂覆在隔膜上,可以新增隔膜强度。
高安全性功能锂离子电池陶瓷涂覆隔膜逆势而生
锂离子电池已成为目前市场上储能设备的主流,作为“第三电极”的隔膜是锂离子电池中重要的组成部分。隔膜的重要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。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。
传统的隔膜材料使用的是聚烯烃,其具有稳定的化学性能和较强的机械性能,易于持续化大规模生产,但是其热稳定性低、对电解液亲和性不足,这些都制约了其长远发展。面对三元材料在动力锂电池中大量应用,锂离子电池能量密度不断提高,安全问题愈发重要,将超细氧化铝粉末涂覆在传统有机隔膜表面的新技术蓬勃发展。
利用仿生材料——聚多巴胺对陶瓷涂覆隔膜进行进一步的功能化修饰,设计开发出的一种具备高安全特性的隔膜材料。利用多巴胺的自氧化聚合反应,将陶瓷涂覆隔膜在多巴胺溶液中过夜浸泡之后,聚多巴胺在陶瓷涂层和聚烯烃基膜形成持续完整的成膜包覆层,使得陶瓷层和基膜成为一个整体。
陶瓷涂覆隔膜具有以下优点
1.可提升锂离子电池隔膜的热稳定性、改善其机械强度,防止隔膜收缩而导致的正负极大面积接触;
2.能提高其耐刺穿能力,防止电池长期循环锂枝晶刺穿隔膜引发的短路,并能中和电解液中少量的HF,防止电池气胀;
3.陶瓷涂层的孔隙率大于隔膜的孔隙率,有利于增强隔膜的保液性和浸润性,从而延长电池循环寿命。
陶瓷涂覆技术已成为高安全、高性能隔膜的选择。从特性需求来看,为在更高的工作电压避免聚乙烯发生裂解,使用外层PP、陶瓷涂覆或外覆高温层是比较安全的选择;要实现更长的循环寿命、高倍率充放电及煞车回充,适当孔径、低曲折度、高透气度是隔膜应当考虑的因素;为提升安全性和使用寿命,隔膜应满足关断功能、避免热爆走、尺寸稳定性等条件。
根据国家产业政策,对提高锂离子电池的能量比重提出了很大要求,但是长期以来,锂离子电池存在能量密度越高,其安全性越低的科学顽疾,而纳米陶瓷隔膜技术的出现打破了这个魔咒,打造出了使锂离子电池不怕刺、不怕摔、不拍折的“安全芯”,在这个急需突破现有技术瓶颈的关键时期,无疑为整个动力锂电池业注入一支强心剂。
在迎来锂离子电池大爆发的同时,隔膜行业风生水起,低端隔膜已经进入竞争红海。湿法+涂覆隔膜是国内公司迈向高端隔膜的主流方向之一。陶瓷涂覆是一个涉及基膜选择、高精度涂布设备、陶瓷颗粒选择、工艺参数控制以及电池系统研究的系统工程,只有经过严格的验证和试验才能保障获得理想的涂覆效果。