高分子材料在锂电行业的应用

王亮

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摘要：在国内各行业领域都注重新环保的现今时期，高分子材料科学地运用于新能源行业发展中，体现出非常重要的现实意义，应得到相关部门的高度重视。所以在本文中，就主要对锂电池内部重要组成部分-隔膜，做出详细研讨，然后，对于这种材料未来的发展也做出了展望。

关键词：高分子材料工程；锂电池隔膜；发展

1、引言

锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。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。隔膜的主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。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。

2、锂电池隔膜的要求

①具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离。

②有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性。

③由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物，隔膜必须耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性。

④对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力。

⑤具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能小。

⑥空间稳定性和平整性好。

⑦热稳定性和自动关断保护性能好。动力电池对隔膜的要求更高，通常采用复合膜

3、锂电池隔膜的制备方法及优缺点。

法隔膜可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火过程中，获得高结晶度的薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。目前中国三分之一以上产能使用干法双拉工艺，产品在中低端市场占据较大比例。

湿法工艺艺，又称相分离法或热致相分离法，湿法工艺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。湿法生产工艺，不仅可制备出相互贯通的微孔膜材料，而且生产出来的锂电池隔膜具有较高的纵向和横向强度。目前，湿法生产工艺主要用于生产单层的锂电池隔膜。物理性能能和机械性能方面，干法单向拉伸工艺生产的隔膜更具有优势。然而，采用湿法生产工艺生产出来的锂电池隔膜具有较高的孔隙率和良好的透气性，可以满足动力电池的大电流充放的要求。相反，由于湿法生产工艺采用聚乙烯基材，聚乙烯基材的熔点只有140℃，所以，与采用干法生产工艺生产的锂电池隔膜相比，采用湿法生产工艺生产的锂电池隔膜的热稳定性较差。

干法由于工序简单，固定资产投入比湿法小；但是加工工艺干法的温度等指标控制难，湿法的工艺更简单；干法可以做三层膜，湿法只能做单层膜；（三层膜的优势在于热关闭温度是135度，但是热稳定温度为160度，可以防止热惯性，有25度的空间，更安全）干法和湿法除了加工工艺不同，使用的原料也不同。干法使用的原料是流动性好、分子量低的，所以高温只能达到135度，遇热会收缩，安全性不适合做大功率、高容量电池；湿法使用不流动、分子量高的原料，热关闭温度可以达到180度，能保证大功率锂电池的安全性；在生产一般的锂电池方面，干法具有优势，成本低、污染小、孔更均匀；大功率电池方面湿法有优势，主要是安全性和热收缩性小。

隔膜是锂电池材料中技术壁垒最高的环节，其性能的优劣对锂电池的轻量化和安全性至关重要。湿法隔膜比干法隔膜在力学性能、透气性能和理化性能方面均具有一定优势，涂覆后可以大幅提升湿法隔膜的热稳定性，总体来说湿法涂覆隔膜具有明显的性能优势。高端消费电池大多使用湿法隔膜，随着动力电池对能量密度要求的提升，尤其是三元电池的广泛应用，湿法隔膜在动力电池的渗透率也将逐步提升。

4、锂电池隔膜的展望

从工艺技术进展来看，目前，我国锂电池隔膜在干法工艺上已经取得重大突破，具备国际一流的制造水平，湿法隔膜工艺技术也不断提升，近年来产能产量均稳步增长。而随着湿法工艺技术的不断发展，我国锂电池隔膜行业竞争格局也发生了一些变化。干法隔膜和湿法隔膜各有优缺点，干法隔膜在生产工艺、成本、环保经济等方面具有较大优势，湿法隔膜则具有短路率低、孔隙率和透气性可控范围大等优点。从目前市场的应用来看，从全球锂电池企业的选择来看，干法隔膜和湿法隔膜并存。不过，近年来随着三元锂电池占比的提高，湿法隔膜产量和出货量的占比也稳步提升。最新数据显示，2017年，国内湿法隔膜产量达到8．06亿平方米，占比56％，份额超过干法隔膜。