新型锂电池隔膜材料和隔膜发展趋势

2019-08-01      1910 次浏览

新型锂电池隔膜材料和隔膜发展趋势。根据不同的物理、化学特性,锂电池隔膜材料可以分为:织造膜、非织造膜、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。高孔隙率、高热阻、高熔点、高强度、对电解液具有良好浸润性是今后锂电池隔膜材料的发展方向。


铁锂电池隔膜材料发展趋势


国内铁锂电池隔膜企业起步较晚,但专利成果产出多于大专院校或科研院所。锂电池隔膜材料种类将朝着多元化的方向发展,不仅仅局限于聚乙烯和聚丙烯类。隔膜结构形态调控正在研发中,但目前要克服生产率低,成本高的劣势。未来隔膜材料复合化也是性能提升的重要手段。


隔膜材料种类多元化、复合化和结构形态调控是发展趋势


通过专利统计分析可以发现,虽然已经产业化的锂电池隔膜材料多为聚乙烯和聚丙烯类,但是一些性能更加优异的聚合物材料也逐渐在实验室中研发出来,如偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亚胺(PI)、芳纶和纤维素等,隔膜材料的种类会朝着多元化的方向发展。


目前的研究工作已经聚焦在静电纺丝法,其特点是改变纺丝条件可对隔膜的形貌和孔隙率进行调控,从而获得更小的孔尺寸、更高的孔隙率和内部互通的开孔结构,这都有利于提高离子迁移率。可是此方法的缺点是生产效率低,成本高。但针对锂电池隔膜的结构形态调控还会不断优化进步。


另外,复合化也是铁锂电池隔膜材料性能提升的一个重要手段,单一的隔膜材料可能热稳定性差,机械强度不高,但是通过多层复合或添加无机颗粒都能改善这些性能的不足,还可以针对隔膜材料表面改性提高吸液率,降低内阻。


新型锂电池隔膜材料有哪些?


材料一:PMIA


PMIA是一种芳香族聚酰胺,在其骨架上有元苯酰胺型支链,具有高达400℃的热阻,由于其阻燃性能高,应用此材料的隔膜能提高锂电池的安全性能。此外,由于羰基基团的极性相对较高,使得隔膜在电解液中具有较高的润湿性,从而提高了隔膜的电化学性质。使其具备商业化的前景。


材料二:PET


聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是一种机械性能、热力学性能、电绝缘性能均优异的材料。PET类隔膜最具代表性的产品是德国Degussa公司开发的以PET隔膜为基底,陶瓷颗粒涂覆的复合膜,其表现出优异的耐热性能,闭孔温度高达220℃。


静电纺丝PET隔膜熔点远高于PE膜,为255℃,最大拉伸强度为12Mpa,孔隙率达到89%,吸液率达到500%,远高于市场上的Celgard隔膜,离子电导率达到2.27×10-3Scm-1,且循环性能也较Celgard隔膜优异,电池循环50圈后PET隔膜多孔纤维结构依然保持稳定。


材料三:PBO


新型高分子材料PBO是一种具有优异力学性能、热稳定性、阻燃性的有机纤维。其基体是一种线性链状结构聚合物,在650℃以下不分解,具有超高强度和模量,是理想的耐热和耐冲击纤维材料。


由于PBO纤维表面极为光滑,物理化学惰性极强,因此纤维形貌较难改变。PBO纤维只溶于100%的浓硫酸、甲基磺酸、氟磺酸等,经过强酸刻蚀后的PBO纤维上的原纤会从主干上剥离脱落的,形成分丝形貌,提高了比表面积和界面粘结强度。


材料四:PI


聚酰亚胺(PI)同样是综合性能良好的聚合物之一,具有优异的热稳定性、较高的孔隙率,和较好的耐高温性能,可以在-200~300℃下长期使用。由于PI极性强,对电解液润湿性好,所制造的隔膜表现出极佳的吸液率。静电纺丝制造的PI隔膜相比于Celgard隔膜具有较低的阻抗和较高的倍率性能,0.2C充放电100圈后容量保持率依然为100%。


以上就是新型锂电池隔膜材料和隔膜发展趋势,锂电池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。


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