湿法生产锂离子电池隔膜流程简介

1、separators for li-ion batteries锂离子电池隔膜编者按：锂离子电池是21世纪理想的绿色环保电源，而锂离子电池隔膜是这种电池 里面一个重要的不可或缺的组件之一，因此对这种薄膜的研究有现实意义。湿法生产锂离子电池 隔膜流程简介a briefing of production process of separators for li-ion batteries by wet method文/ 叶舒展 蔡朝晖 黄海星 严志燎摘 要：本文重点介绍了湿法锂离子电池隔膜的生产流程，对比了国内外湿法锂离子电池隔 膜的性能特点，并简述了锂离子电池隔膜的发展方向。关键词：锂离子电池隔膜

2、聚烯烃微孔膜abstract: the production process of separators for li-ion batteries by wet method was briefed mainly in this paper.and the properties of the separators domestic and abroad are compared. the developing directions of separators for li-ion batteries are also briefed.key words: li-ion battery sepa

3、rator polyolefene microporous membrance锂离子电池隔膜简介进入21世纪以来，能源问题日益 成为制约人类可持续发展的核心问题。 为解决能源危机，实现经济的快速增长 和社会的可持续发展，新型能源、绿色 环保新型材料逐渐得到了各国政府的重 视而得到了大力的支持和发展。电池工 业，尤其是以锂离子电池为代表的电池 工业就是当中的一个闪光点。锂离子电 池以其使用方便、比能量高、没有充放 电记忆、储电量大、体积小、质量轻、 循环寿命长等优点迅速地占据了传统电 池的市场而广泛的应用于我们的日常生 活当中，是21世纪理想的绿色环保电 源，现已广泛的用作移动电话、手提电 脑、

4、照相机、摄像机等电源，并且应用领域仍在不断扩展，发展潜力十分巨大1，2，3。锂离子电池隔膜是锂离子电池里面 其中一个重要的不可或缺的组件之一。 它主要是由聚丙烯通过“熔融拉伸晶相 间分离”（mscs）或聚烯烃和成孔剂 （有的资料文献4，5称为稀释剂）通过 “热致性相分离”(tips)的方法形成的 一种具有微孔结构的薄膜。这也是目前 国际上生产锂离子电池隔膜的两种通用 方法干法和湿法。这两种方法的区 别在于隔膜微孔的成孔机理的不同。具 体地说，干法工艺6：将聚丙烯树脂熔 融，挤压、吹制成结晶性高分子薄膜， 经过结晶化热处理、退火后得到的高度 取向的多层结构，在高温下进一步拉 伸，将结晶面进行剥离

5、，形成多孔结构薄膜的加工方式。日本的宇部和美国的 celgard是干法工艺的代表。湿法工艺： 由不同相物质混合成均相混合物，经过 拉伸等工序形成混合物膜，然后抽提其 中一种物质的加工方式。日本的旭化 成、东燃是湿法工艺的代表。表1是用 干法工艺和湿法工艺生产锂离子隔膜的 优缺点比较。锂离子隔膜在锂离子电池中起到如 下两个主要作用4，7：（1）隔开锂离子 电池的正极和负极，防止正负极接触形 成短路；（2）薄膜中的微孔能够让锂离 子通过，形成充放电回路。此外，锂离 子隔膜还要具备适当的闭孔温度，限制 锂离子电池在使用过程中温度过高而发 生短路的微孔自关闭功能；较高的抗撕 裂强度、穿刺强度和破膜温度

6、，防止自表1 干法工艺和湿法工艺生产锂离子隔膜的优缺点比较比较性能干法工艺湿法工艺孔径大小大小孔径均匀性差好拉伸强度均匀性差，呈各向异性好，呈各向同性横向拉伸强度低高横向收缩率低稍高穿刺强度低高闭孔后温度继续升高导致薄膜破裂而短 路的功能；还有耐酸碱性、耐电解液的 功能1，4，8。湿法生产锂离子电池隔膜 流程图1 湿法生产锂离子隔膜的整个生产流程图湿法锂离子电池隔膜的生产工艺流 程一般采取同步双向拉伸工艺。工艺流 程大致包括：投料配料、挤出塑化、过滤 计量、铸片冷却、双向拉伸、牵引切边测 厚、后处理、收卷检验、分切打包9。湿法锂离子隔膜的整个生产流程如 图1所示：由于湿法锂离子隔膜“配混”体系

7、 的特殊性，所以与bopp生产相比，每个 工序系统都有其独特的结构和功能，现 简述如下：投料和配料系统薄膜生产的投料和配料的稳定性直生很好的混合效果，让主料与成孔剂均 匀混合；（3）能够让物料与挤出机之间性能或赋予产品以新的性能。 经过双向拉伸后的油膜，分子链得接关系到挤出过程的稳定性、并且对厚不打滑、不倒流、能够稳定进料。到了纵横两个方向取向，而成孔剂也均片和薄膜的厚度产生重要的影响，从而当然，挤出机的结构、挤出温度、匀地分布在发生了取向的分子链之间，影响到后续加工和产品的性能和质量，螺杆转速等参数都会对物料塑化和混合形成了特殊的“网-油”混合结构。本例如主料和成孔剂的比例是锂离子电池的效果

8、具有决定性的影响，在此不作论人认为，从热力学上讲这时锂离子隔 隔膜微孔孔径的大小及分布的影响因素述。膜的微孔或微孔形状已经是形成了，只之一。所以，投料和配料必须要得到比是成孔剂还仍然占据了孔的位置，堵住较高的精度保证。一般地，用于bopp生 产的单螺杆挤出系统均具有较好的计量铸片冷却系统铸片冷却是将从模头出来的熔体 了隔膜的孔眼，使得微孔还没有呈现出 来。下料功能，所以其投料配料系统都相对经过激冷辊冷却成为固态厚片的过程。比较简单，而湿法锂离子隔膜的生产由 于配混体系和由配混体系而决定的挤出铸片冷却起到的作用是：（1）冷却熔 体，形成厚片；（2）急冷熔体，降低厚收卷系统锂离子隔膜的油膜由于成孔

9、剂的存系统的特殊性，使得湿法锂离子隔膜的片结晶度，防止球晶的形成；（3）急冷在，收卷张力过小容易造成打滑跑偏，生产必须配备必要的计量精度较高的投“塑料成孔剂”混合物熔体，使成孔而张力过大又会造成纵向碰得太紧产生料配料系统。剂与聚烯烃产生热致性相分离；（4）急纵皱，影响后续加工的质量。冷厚片表面，使已产生相分离的大部分挤出混合系统挤出混合系统是薄膜生产的核心环成孔剂被锁在厚片里面，使成孔剂不容 易流走和渗出。洗涤烘干系统洗涤烘干系统是湿法锂离子隔膜生节之一。挤出混合的好坏，直接影响到产特有的工序过程。因为经上工序加工后续工序的生产和最终的产品质量。挤出混合需要满足如下的要求： 拉伸系统拉伸系统是

10、薄膜生产的另一个核心后的薄膜虽然主料膜网与成孔剂基本上 已经产生了相分离，但成孔剂还仍然分（1）能够具备较强的剪切塑化能力，环节。目的是使分子链在拉伸的过程中布在产生了双向取向的分子链之间。洗让主料快速、均匀的塑化；（2）能够产产生取向，从而改善和提高产品的应用涤烘干系统的作用就是将成孔剂从油膜separators for li-ion batteries锂离子电池隔膜表2 不同厂家锂离子隔膜主要性能的比较单位名称厚度/m透气度/ s/100ml902h热收缩率/穿刺强度 /gmdtd绝对值相对值日本厂家a163952.00.9418523日本厂家b910045.0-2.8279617金辉高科

11、205433.00.5565518md拉伸强度/ mpamd断裂伸长 率/闭孔温度/破膜温度/孔隙率/%绝对值相对值日本厂家a12414313614836.835.8日本厂家b2155814115030.531.6金辉高科98173128.214038.938.9的孔中赶出来或萃取出来，形成（准确 的讲应该是“呈现出”）能让锂离子通 过的微孔。表3 锂离子电池隔膜的改进方向性能要求改进技术对电流性能的影响高强度化（薄化）采用相对分子量大的聚合物、利用 成型技术控制结晶性、结构和机械 强度容量高，防止短路，提高加工性离子透过性高利用成型技术控制孔的形状、直径 和孔隙率等提高大电流充放电的性能，提

12、高循 环性能电流遮断性高按要求不同采用不同的聚合物或熔 点不同的聚合物复合材料提高电池的安全性能所以，洗涤过程就是溶剂（萃取 剂）萃取成孔剂，溶剂取代成孔剂位 置的过程；而烘干过程就是加快萃取剂 的挥发，空气取代萃取剂位置的过程， 当然烘干过程也是萃取剂循环回收的过 程。经过洗涤烘干后的薄膜由透明变成 了白色，这说明锂离子隔膜的微孔已经 形成了。洗涤过程要求快速以适应高速生 产；要求萃取能力高，以满足锂离子 隔膜低成孔剂残留量的要求。而萃取效 果决定于萃取剂的种类、浓度、萃取时 间、生产速率等因素的影响。图2 日本厂家a sem照片 20000图3 日本厂家b sem照片20000图4 金辉

13、sem照片20000可以说，薄膜微观结构的差异决定了 其宏观性能的不同。工艺、特别是原料 是造成上述微观结构不同的两大主要原 因，这也是改善我国锂离子电池隔膜性 能关键所在。锂离子电池隔膜的发展方向锂离子电池以其独特的优点迅速地国内外湿法生产锂离子隔 膜关键性能及微观结构的 比较近几年来锂离子电池隔膜的发展出 现了中外鼎立的局面，打破了以往这一 行业由国外企业垄断的格局，并且国内 企业发展迅猛，大有迎头赶上的趋势。 国外的湿法锂离子隔膜的生产厂商代表 是 日本东然公司、日本的旭化成公司、 日本的东然公司，而国内的生产厂家则 以佛山金辉高科材料有限公司为代表。 下面是国内外几个厂家的锂离子隔膜的

14、 主要性能对比如表2所示：从表2可以看出，国产锂离子隔膜 的主要性能与国外知名隔膜的相比，各 项性能指标互有优势，水平已经相当接 近。上述几个厂家生产的锂离子隔膜 的sem照片如图24所示，放大倍数为 20000倍。从图2-4的比较可以看出，日本厂 家a和日本厂家b隔膜的微观结构大致一 样：具有孔径大、经脉粗呈树枝状相互 交连；而金辉公司隔膜的微观结构为： 孔径小、经脉细呈软条状的相互交连。占据了传统电池的市场而得到广泛的应 用，移动电话、手提电脑、照相机、摄 像机等电子和信息产品现都采用锂离子 电池作为电源。但在一些高端的应用领 域，如动力电池等容量较大的锂离子电 池方面的应用还没有得到推广

15、和普及。其中很重要的一个原因就是现有的锂离 子隔膜的性能还没能满足作为高端电池 隔膜的要求10：（1）高的安全性如热稳 定性和电流遮断性等；（2）大电流充放 电的性能；（3）长的循环使用寿命等。 隔膜的制造技术和工艺的发展，是影响锂离子电池性能的重要因素，锂离 子电池隔膜的改进方向如表38，11所示， 按不同的要求将能设计出不同的隔膜。 其中德国德固赛公司的separion锂离子 隔膜、中国科学院理化技术研究所研制 的高孔隙率纳米纤维隔膜、美国celgard 公司的pp/pe/pp三层复合隔膜（牌号 celgard 2325)、隔膜/电解质一体化的固 体聚合物电解质锂离子隔膜等就是新一 代锂离

16、子隔膜的代表。我们相信，随着原料、制造技术和 工艺不断改进和更新，锂离子电池隔膜 将会迈向一个更广阔辉煌的前景。参考文献：1李铁军. 锂离子电池用聚丙烯微孔薄膜.中国塑料，2004，18（5）：15.2 nishi y.macromol symp，2000， 156:187193.3杨晓西（yang xiao-xi）.华南理工大学 学报（journal of south china university of technongy），1999，25(5):52584胡继文，许凯，沈家瑞.锂离子电池隔膜 的研究与开发.高分子材料科学与工程，2003，19（1）：215219 5赵文明，杨健，王晓琳

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18、工业出版 社，1999：3610吴大勇，唐代华.锂离子电池隔膜研究及 国产化进展.新材料产业，2007（8）：30-33叶舒展：男，佛山南海人，硕士， 助理工程师佛山金辉高科光电材料有限公司邮编：52800011吴宇平，万春荣，姜长印.锂离子二次电 池.北京：化学工业出版社，2002.台达发布伺服型塑机专用控制器 注塑机升级迈向节能新一代近年来，中国注塑机行业在改革 开放的引导下，取得了长足的 发展。根据有关研究资料显 示，到2010年，全球对塑料机械设备的 需求额将以每年3.5%的速度递增，注塑 机需求量约占38。面对巨大的市场， 注塑机设备的升级换代也越来越快。随 着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄 漏等控制方面日益严格的要求，设计与 制造新一代“节能型”注塑机，就成为 迫切需要关注和解决的问题。近期近日，在第十届东莞国际橡塑 胶、包装、压铸和铸造展上，台达电子 集团子公司中达电通携手代理商邀 请了广东珠三角地区数十家注塑机厂家 以及注塑机用户共150多人，正式发布了 台达伺服型塑机专用控制器以及该产品