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锂离子电池隔膜的研究与开发

更新时间  2022-07-08 00:06 阅读
本文摘要:锂离子电池隔膜的研究与研发胡继文1,2,许凯2,沈家瑞1(1华南理工大学,广东广州510640;2中科院广州化学研究所,广东广州510650) 概要:讲解了锂离子电池隔膜材料的研究与进展,重点综述了聚烯烃锂离子电池隔膜材料的制取方法、孔径结构、孔隙率、透气亲率、自重开性能等,指出多层填充隔膜既具备一定的强度又具备较低的自重开温度,较合适作为锂离子电池隔膜。液体聚合物电解质在锂离子电池中作为电解质的同时还可以起隔膜的起到,展现出出有较好的应用于前景。

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锂离子电池隔膜的研究与研发胡继文1,2,许凯2,沈家瑞1(1华南理工大学,广东广州510640;2中科院广州化学研究所,广东广州510650)  概要:讲解了锂离子电池隔膜材料的研究与进展,重点综述了聚烯烃锂离子电池隔膜材料的制取方法、孔径结构、孔隙率、透气亲率、自重开性能等,指出多层填充隔膜既具备一定的强度又具备较低的自重开温度,较合适作为锂离子电池隔膜。液体聚合物电解质在锂离子电池中作为电解质的同时还可以起隔膜的起到,展现出出有较好的应用于前景。  锂离子电池具备高比能量、宽循环寿命、无记忆效应的特性,又具备安全性、可信且能较慢充放电等优点,因而沦为近年来新型电源技术研究的热点。

可普遍用作便携式电子产品如:手机、笔记本电脑、摄录像机等所需的充电电池,还可作为电动汽车和混合动力车所需的动力电源等。  锂离子电池主要由正负电极材料、电解质及隔膜构成。在锂离子电池负极与负极之间有一膜材料,一般来说称作隔膜,它是锂离子电池的最重要组成部分。

隔膜的主要起到是:(1)隔绝于是以、负极并使电池内的电子无法权利穿越;(2)需要让离子(电解质液中)在正负极间权利通过。本文讲解锂离子电池隔膜材料的研究与开发进展,重点综述聚烯烃锂离子电池隔膜材料的制取方法、孔径结构、孔隙率、透气亲率、自重开性能等。  1锂离子电池隔膜材料  由于聚乙烯、聚丙烯微孔膜具备较高孔隙率、较低的电阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱能力、较好的弹性及对非质子溶剂的维持性能,故锂离子电池研究研发初期之后使用它作为其隔膜材料。

至今,商品化锂离子电池的隔膜材料主要仍使用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。  但是,聚乙烯、聚丙烯隔膜不存在对电解质亲和性较好的缺点,回应,许多学者不作了大量的改性工作,如在聚乙烯、聚丙烯微孔膜的表面接枝亲水性单体或转变电解质中的有机溶剂等。

也有人使用其他材料作为锂离子电池隔膜,如:I.Kuribayashi等研究找到纤维素复合膜材料具备锂离子传导性及力学强度较好等性能,可作为锂离子电池隔膜材料。  近年来,将聚合物电解质用作锂离子电池已超过商品化程度。

聚合物电解质可分成显聚合物电解质及胶体聚合物电解质。显聚合物电解质由于室温电导率较低,难以商品化。

胶体聚合物电解质利用相同在具备适合微结构的聚合物网络中的液体电解质分子构建离子传导,具备液体聚合物的稳定性,又具备液态电解质的高离子传导率,表明出有较好的应用于前景。Tab.1为近年来研究活跃的聚合物电解质。胶体聚合物电解质既可用作锂离子电池的电解质,又可以起隔膜的起到,但是由于其力学性能较好、制取工艺较简单或常温导电性劣难以实用化,且胶体聚合物电解质在本质上是热力学不平稳体系,在打开的环境中或长时间留存,溶剂不会经常出现积聚表面的现象,从而造成电导率上升。

因此胶体聚合物电解质几乎代替聚乙烯、聚丙烯膜而分开作为锂离子电池的隔膜还有许多问题必须解决问题。  最近有许多关于聚合物电解质与聚乙烯、聚丙烯膜一起构成的聚合物锂离子电池隔膜的报导,胶体聚合物覆盖面积在或填满在微孔膜中,与无隔膜的聚合物电解质锂离子电池比起,具备更优越的性能,如:1)当内部短路时能获取更佳的维护;2)可以增加电解质层的厚度;3)过度电池时可获取充足的安全性;4)获取较好的力学性能及热稳定性。

可以指出,聚乙烯、聚丙烯膜由于其类似结构与性能,它们作为离子电池隔膜的地位会挽回,除非确实的含液体的聚合物电解质经常出现。  2锂离子电池隔膜的制取方法  锂离子电池隔膜的制取方法主要有熔融剪切(MSCS)和热致相分离(TIPS)两大类方法。由于MSCS法不还包括任何的相分离过程,其工艺比较非常简单且生产过程中无污染,目前世界上大都使用此方法展开生产,如日本的宇部、三菱、东燃及美国的塞拉尼斯等。

TIPS法的工艺比MSCS法简单,须要重新加入和脱除稀释剂,因此生产费用比较较高且有可能引发二次污染,目前世界上使用此法生产隔膜的有日本的旭化为、美国的Akzo和3M公司等。  2.1熔融吸管/剪切/热定型法  熔融吸管/剪切/热定型法的制取原理是聚合物熔体在低应力场下结晶,构成具备垂直吸管方向而又平行排序的片晶结构,然后经过热处理获得所谓软弹性材料。

具备软弹性的聚合物膜剪切后片晶之间分离出来,并经常出现大量微纤,由此而构成大量的微孔结构,再行经过热定型即制得微孔膜。


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