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以恩捷为例,看看未来锂电隔膜的发展方向

时间:2023-10-17 来源: 浏览:

以恩捷为例,看看未来锂电隔膜的发展方向

朴小烯 电池隔膜
电池隔膜

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聚焦锂电新材料

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得益于新能源汽车以及储能行业的爆发,隔膜行业也在这几年得到快速的扩张并且发展,以满足不同领域对隔膜的需求量。

总体来说,锂电池隔膜是为了配套锂电池的发展。由于锂电池发展方向主要是 向高比能、高倍率、长寿命、高安全性 这几个方向去发展,所以未来锂电池隔膜的发展也将会是这几个方向。

恩捷对于锂电池隔膜的发展主要分为五个方面

第一个是基膜,基膜主要是向薄膜化和高强度发展。 举个例子,现在高强度5微米基膜,它的针刺强度就会逐渐向380GF,450GF,甚至更高针刺强度去发展,以提高隔膜的安全性能。低闭孔,低闭孔温度相当于是逐渐降低闭孔温度,从现在降低4摄氏度,到逐渐降低6摄氏度,甚至降低更多。高破膜温度,主要是提升隔膜破膜温度,现在可以做到180摄氏度,甚至200摄氏度的破膜温度。
第二个是陶瓷涂覆膜。 陶瓷涂覆膜这方面,主要是发展超薄高耐热涂层。也就是隔膜厚度逐渐变薄,从2微米降低到1.5,甚至是1微米,但是它的耐热性能不变,甚至更好。
第三个是聚合物涂覆膜, 主要包括水性PMMA混涂膜,油性PVDF涂布膜,芳纶涂布膜。这里值得一提的是水性PMMA混涂,在最初开发水性PMMA混涂的时候,因为PVDF价格十分昂贵,而且出现供不应求,有钱也买不到的地步。但是现在随着国内外对含氟物质的管控,特别是现在欧洲PFAS法案的申请进度,未来含氟烷基物质有可能得到限制。所以,也许开发水性PMMA混涂技术是未来方向之一。
第四个是新型功能隔膜, 包括半固态复合隔膜和功能性涂覆材料隔膜。半固态主要是围绕氧化物以及聚合物体系进行研发。功能性涂覆材料主要布局可以有抗锂枝晶、捕捉氢氟酸,甚至捕捉过度金属的材料进行涂覆。
第五个是设备开发, 主要目的就是为了降本增效。降低隔膜成本,提高品质,提高良率。这也是公司最近在大力推广的在线涂布技术。

规模化制膜工艺和面临的困境

随着 池生产企业对隔膜的需求与日俱增,数量以10 亿m² 计。 因此,隔膜的制造需要有很高的生产效率。 目前PE、PP 隔膜的制造是 材料特性与机械精密拉伸工艺的完美结合。

但是,在当前新型隔膜的研发之中,还没有同样成功的成果。近十年来,被研究的材料体系虽然很多,也有不少论文发表,但是真正能够进入实用的新材料体系隔膜基本没有。这意味着研发工作依然任重而道远。

 

隔膜制造对工艺和设备水平的依赖度很高。要生产出合格的产品,首先 需要有成熟、优化的生产工艺 ,其次 需要有高品质的设备 来保证工艺的实现、产品质量和生产效率。没有科学、合理的工艺,就谈不上使用怎样的设备;没有高品质的设备,工艺的要求将无法实现。因此二者相辅相成,缺一不可。

动力电池隔膜技术的发展没有天花板

隔膜技术的发展应超前于电池体系的发展 ,至少 也应与其同步,否则就会处于被动状态。 当全固态 电池的概念被科普宣传之后,隔膜产业界以及投资界内就产生这样的疑问: 将来全固态电池是否会完全替代液态电解质的锂电池? 当前主流的聚烯烃隔膜是否会被 固态电解质替代? 本书作者认为: 在未来,全固态电池会是锂电池的一大类型,而固态电解质依然属于广义电池隔膜的范畴。

 

从技术发展的角度我们提出一个锂电池隔膜的发展路线图 。其中,隔膜被分成了五个发展的类别,即聚乙烯膜、新材料隔膜、功能化隔膜、复合固态电解质、智能隔膜。

 

▲ 隔膜未来技术发展路线图

 

  • 聚乙烯(PE)隔膜 是当前应用量最大的隔膜类型,其主流地位在未来较长一段时间内难以改变。在涂覆增强或涂覆改性以外,PE 隔膜自身也有发展空间:可以预期的目标是提高熔点和浸润性,主要的技术手段是辐照交联和表面处理。

  • 新材料隔膜 指的是以聚酰亚胺、聚四氟乙烯、芳纶、聚酯等耐高温材料制造的隔膜,同时要发展相应的高效制膜技术。

  • 功能化隔膜 包含的内容很多,根据电池发展的实际情况至少可以提出以下功能化需要:将电极片黏合以减小界面电阻、改善电极/隔膜界面保护固体电解质界面膜(SEI)并减少锂枝晶的产生、通过隔膜的多功能层实现优化电池性能的叠加效果、促进锂离子迁移、限制阴离子移动、给负极补锂、实现正极-隔膜-负极中固态电解质的原位固态化、形变或断裂后的自修复等。

  • 复合固态电解质 可能是固态电解质和隔膜发展的交集,也有希望成为固态电解质实用化的一个解决方案。

  • 关于 智能隔膜 ,就把想象的空间留给广大读者和从事电池材料研究的科学工作者吧。毕竟,隔膜技术的发展并没有天花板。

通过结构设计、功能材料的选择、功能层的组合,可以实现隔膜功能的无尽变化和创新。这一领域的研究进展和技术升级,有望造就一个充满活力的隔膜产业并助力锂电产业的发展。

素材来源 |   中国化学与物理电源行业协会、 科学出版社
本期编辑 | 张子意
技术顾问 | 李斌博士
文章审核 | 张娜
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