鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液幾部分組成。鋰離子通過電解液在正負(fù)極之間來回移動完成電池的充放電過程。其中隔膜在電池中主要起著防止正極與負(fù)極接觸,阻隔充放電時電路中的電子通過,允許電解液中鋰離子自由通過,從而實現(xiàn)離子傳導(dǎo)的重要作用。
干法隔膜與濕法隔膜
圖一:隔膜產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D
濕法工藝又稱為熱致相分離法(TIPS),主要利用熱致相分離原理生產(chǎn)單層PE 隔膜。濕法工藝的基本過程為:在高溫下將聚合物溶于高沸點、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液,然后降溫冷卻,形成液固或液液相分離,再將其中的高沸點溶劑萃取,經(jīng)過干燥、熱處理等工序獲得一定結(jié)構(gòu)形狀的高分子微孔膜。
圖二:濕法隔膜生產(chǎn)工藝流程
從工藝環(huán)節(jié)來看,兩種方式的主要區(qū)別在于成孔方式,干法工藝通過拉伸,而濕法通過溶劑萃取和相分離成孔。簡單來說,是否需要溶劑也是兩者最主要的差異。
圖三:干法隔膜濕法隔膜的優(yōu)缺點對比
掃描電鏡下的隔膜形貌
圖四:干法隔膜低電壓下成像結(jié)果
盡管目前商用鋰離子電池隔膜多以聚烯烴材料為主,但也存在許多缺陷。干法隔膜的缺點是該微孔膜生產(chǎn)過程中沒有進行橫向拉伸,使用時橫向易開裂;批量生產(chǎn)的電池內(nèi)部微短路機率相對較高;電池安全、可靠性不高。而濕法工藝需要大量的溶劑,易造成環(huán)境污染;與干法工藝相比設(shè)備復(fù)雜、投資較大、周期長、成本高、能耗大;因只能生產(chǎn)較薄的單層PE材質(zhì)的膜,熔點只有130 ℃,熱穩(wěn)定性較差。
圖五:聚烯烴基膜表面改性示意圖
如下圖六所示,利用賽默飛超高分辨場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2所拍攝的濕法隔膜表面和表面進行陶瓷涂覆改性的濕法隔膜。憑借鏡筒內(nèi)完善的“三位一體式”探測器系統(tǒng),在低電壓下清晰觀察涂覆層中PVDF和陶瓷層的分布狀態(tài)。
圖六:濕法隔膜基膜(左)和表面陶瓷涂覆層(右)
賽默飛場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2
參考資料:
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[5]中泰證券研究所-公開資料-濕法隔膜專題報告.
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