锂电池隔膜技术和工艺课件

康佳研究院2012.01锂电池隔膜技术和工艺隔膜是锂离子电池的重要组成部分,是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件。隔膜是锂电池一个重要组件隔膜定义隔膜性能影响电池的界面结构、内阻影响电池容量、循环次数和安全性能影响电池的综合性能锂电池隔膜材料高强度薄膜化聚烯烃多孔膜材料有耐有机溶剂功能基体材料为聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂材质特性不导电电池种类不同，采用不同隔膜PE、PP等隔膜作用分隔电池的正负极，防止短路充放电过程中使电解质离子来回通过的功能隔膜特性和分类隔膜分类根据不同物理、化学特性，锂电池隔膜材料可以分为：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；目前商品化锂电池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜；固体和凝胶电解质用作一个特殊的组件，同时发挥电解液和电池隔膜的作用-固态电池。锂电池隔膜的主要厂商及其主要产品隔膜特性电子绝缘性-------正负极的机械隔离；一定的孔径和孔隙率，低电阻和高离子电导率，对锂离子有很好的透过性；耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性；对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿力；足够力学性能----穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能薄；空间稳定性和平整性好；热稳定性好、自动关断性能好；动力电池对隔膜要求更高，通常采用复合膜。隔膜壁垒技术方面造孔工程技术隔膜造孔工艺难度高；无成套生产设备；产品稳定性保持难。基体材料聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂等高分子材料复杂性和高知识含量。制造设备设备精密稳定。经济方面投资金额大、周期长、技术风险高。国内现状：隔膜的厚度、强度、孔隙率一致性不够量产批次稳定性较差

隔膜一致性：厚度、面密度、力学性能一致性；对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性-------微孔的尺寸和分布直接影响到隔膜的孔隙率、透气性、吸液率。锂电池成本构成锂电池材料利润率工艺技术成孔机理不同共性步骤：取向步骤-----使薄膜产生空隙并提高拉升强度。熔融拉升MSCS热致相分离TIPS干法工艺影响因数工艺影响膜结构的因素熔融牵伸比；挤出温度；隔膜性能参数等。降低挤出温度提高分子取向度提高退火温度，提高结晶度，晶片结构排列完善微观影响膜结构的因素两种干法工艺特点单向拉伸设备工艺方式单向拉伸双向拉伸工艺原理晶片拉伸晶型转换方法特点设备复杂，精度要求高，投资大，工艺复杂、控制难度高、环境友好设备复杂、投资较大，一般需成孔剂等添加剂辅助成孔-加入β晶型改进剂产品特点微孔尺寸、分布均匀、微孔导透性好，产品横向热收缩差，能够生产出不同厚度的产品，能够生产PP\PE产品和三层复合产品微孔尺寸、分布均匀、透气性更好，稳定性差。现只能生产出较厚规格的PP膜厂家Celgard、UBE、深圳星源科技新乡格瑞恩湿法工艺湿法又称相分离法或热致相分离法，将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合，加热熔融后，形成均匀的混合物，然后降温进行相分离，压制得膜片，再将膜片加热至接近熔点温度，进行双向拉伸使分子链取向，最后保温一定时间，用易挥发物质洗脱残留的溶剂，可制备出相互贯通的微孔膜材料。优点：隔膜孔径范围比较小而均匀；双向拉伸强度高；膜更薄。缺点：投资大，周期长，工艺复杂；环境污染。湿法工艺原理湿法制备微孔膜的热力学基础是聚合物-溶剂体系的相图。通过调节体系的温度和浓度，使得聚合物直接从体系中结晶析出。影响膜孔结构形态因素：冷却速率聚合物溶液的初始浓度聚合物分子量溶剂分子的运动与结晶能力成核剂--成核剂能更好地控制微孔的尺寸和分布湿法工艺关键系统工艺步骤关键工艺干湿法工艺区别比较方法干法工艺湿法工艺工艺比较工序简单复杂固定资产相对低高工艺控制难度高低产品比较单层膜可以可以三层膜可以不能够原料PP可以不能够PE可以可以原料特性流动性好、分子量低不流动、分子量高产品性能成本低高使用范围小功率、低容量电池大功率、高容量电池安全性低高热关闭温度低（135°C）高（180°C）热收缩性高比较低孔径比较大纳米级环境友好污染隔膜属于高分子材料，专业知识门槛高；技术专利问题；满足工艺要求的高精密设备；要求工艺和产品一致性高。隔膜占锂电池成本有限；市场规模有限，主导企业目前产能过剩；未来产能扩大，导致价格下降。投入高；建设周期较长。风险

技术风险

市场风险

资本风险投资风险

改变尺寸和结构提高热稳定性目前发展两个方向膜厚度；电池结构变化。多层膜；改良膜新颖隔膜隔膜随锂电池需求变化而发展隔膜隔膜发展趋势隔膜发展趋势国内生产企业公司背景产能工艺方法佛塑-金辉高科比亚迪和佛塑合资1200万平米湿法工艺星源材质民营企业5000万平米干法三层复合、湿法单层新乡格瑞恩河南金龙（国企）控股6000万平米干法单层拉伸和三层复合供应低端市场产品隔膜性能不满足动力电池要求规模和技术无法与日韩美企业相比。。。。。。小结随着动力电池市场扩大，隔膜市场也将扩大；隔膜属于高投入行业；隔膜同时是高技术行业，企业必须