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电池隔膜的工艺表征参数及意义(附2017国内隔膜企业top10)

2018-6-13 11:05| 发布者: admin| 查看: 7543| 评论: 0

摘要: 电池隔膜最主要的功能是分隔电池中的正负极板,防止正负极板直接接触产生短路,同时,由于隔膜中具有大量曲折贯通的微孔,电池中的正负离子可以在微孔中自由通过,在正负极板之间迁移形成电池内部导电回路,而电子则 ...

电池隔膜最主要的功能是分隔电池中的正负极板,防止正负极板直接接触产生短路,同时,由于隔膜中具有大量曲折贯通的微孔,电池中的正负离子可以在微孔中自由通过,在正负极板之间迁移形成电池内部导电回路,而电子则通过外部回路在正负电极之间迁移形成电流,供用电设备利用。

注意:目前有些人在解释隔膜功能时,通常解释为“隔膜上的微孔可以让离子通过而电子不能通过”的说法是没有根据的,它不符合原电池的基本原理,因为电池内部的电解液中自由电子是以正负离子的形式存在,电池内部的导电是靠离子在正负极之间的迁移来实现的。

基本表征参数及其意义

1、厚度

隔膜的厚度,在同样大小的电池中,隔膜厚度越厚,能卷绕的层数就越少,相应容量也就会降低;较厚的产品,穿刺强度会稍高,安全性会高一些;同样孔隙率的情况下,越厚的产品,其透气率会稍差,使得电池的内阻会高一点。

但是,由于目前的生产技术限制,较厚或较薄的产品在生产上有一定的难度,厚度的均匀性,收得率会低一些。对于消耗型锂离子电池(手机、笔记本电脑、数码相机中使用的电池),25 微米的隔膜逐渐成为标准。然而,由于人们对便携式品的使用的日益增长,更薄的隔膜,比如说20 微米、18 微米、16 微米、甚至更薄的隔膜开始大范围的应用。

对于动力电池来说,由于装配过程的机械要求,往往需要更厚的隔膜,当然对于动力用大电池,安全性也是非常重要的,而厚一些的隔膜往往同时意味着更好的安全性。

常用单位:μm

典型值:16、18、20、25、30

影响电池性能:安全性、容量、内阻

2、透气率

又叫 Gurley 数,反映隔膜的透过能力。即一定体积的气体,在一定压力条件下通过1 平方英吋面积的隔膜所需要的时间。气体的体积量一般为50ml,有些公司也会标100ml,最后的结果会差两倍。

透气率从一定意义上来讲,和用此隔膜装配的电池的内阻成正比,即该数值越大,则内阻越大。然而,对于不同类型、厚度的隔膜,该数字的直接比较没有任何意义。

因为锂离子电池中的内阻和离子传导有关,而透气率和气体传导有关,两种机理是不一样的。换句话说,单纯比较两种不同隔膜的Gurley 数是没有意义的,因为可能两种隔膜的微观结构完全不一样;但同一种隔膜的Gurley 数的大小能很好的反应出内阻的大小,因为同一种隔膜相对来说微观结构是一样的或可比较的。

常用单位:s/100ml

典型值:200~800s/100ml

影响电池性能:内阻

3、吸液率

反映隔膜材料、微观结构与电池液的浸润性能。为了保证电池的内阻不是太大,要求隔膜是能够被电池所用电解液完全浸润,这方面没有一个公认的检测标准。大致可以通过以下试验来判断:取一定面积的隔膜完全浸泡在电解液中,看隔膜吸收电解液的重量,同样厚度的隔膜,吸收的重量越大,浸润效果越好。浸润度一方面与隔膜材料本身有关,还与隔膜的表面及内部微观结构密切相关,另一方面与电解液的配方也有很大关系。

常用单位:g/m2

影响电池性能:内阻、容量

4、化学稳定性

隔膜的使用环境是一个化学环境,因此要求隔膜对电解液具有化学惰性,即不与电解液发生化学反应,也不能影响电解液的化学性质。目前市场上供应的隔膜用材料 PE 或PP 是满足化学惰性要求的。

5、孔径

一般湿法隔膜的孔径在 0.01~0.1μm,干法隔膜的孔径在0.1~0.3μm,孔径的大小与隔膜的透气率有关,过大的孔径有可能导致隔膜穿孔形成电池微短路。

影响电池性能:内阻、短路率

6、穿刺强度

隔膜抗穿刺的能力。在电池制造过程中由于电极表面涂覆不够平整、电极边缘有毛刺等情况,以及装配过程中工艺水平有限等因素,因此要求隔膜有相当的穿刺强度。

另外,还有一种观点是电池在使用过程中电池内部会逐渐形成枝状晶体,有可能刺破隔膜,造成内部微短路。由于测试的时候所用的方法和实际电池中的情况有很大的差别,直接比较两种隔膜的穿刺强度不是特别合理,但在微结构一定的情况下,相对来说穿刺强度高的,其装配不良率低。但单纯追求高穿刺强度,必然导致隔膜的其他性能下降。

常用单位:g/厚度

典型值:>300g/20μm(湿法)

影响电池性能:短路率、安全性

7、拉伸强度

反映隔膜的拉伸机械强度,拉伸强度大的隔膜在使用中不容易被拉伸变形。

常用单位:MPa

典型值:湿法,MD/TD>90MPa

干法,TD>150MPa,MD>5MPa

影响电池性能:制造过程、安全性

8、热收缩率

反映隔膜在受热时的尺寸稳定性。除了隔膜需要在电池使用的温度范围内(-20~60℃)保持尺寸稳定外,还有一个就是在电池生产过程中由于电解液对水份非常敏感,大多数厂家会在注液前进行85℃左右的烘烤,要求在这个温度下隔膜的尺寸也应该稳定,否则会造成电池在烘烤时,隔膜收缩过大,极片外露造成短路。

常用单位:%(90℃2h)或(120℃1h)

典型值:90℃2h 湿法 MD 纵向<5.0%,TD 横向<3.0% 干法 MD<3.0%,TD<1.0%

120℃1h 湿法 MD/TD<20% 干法 MD/TD<10%

9、闭孔温度、破膜温度

反映隔膜耐热性能和热安全性能的重要参数闭孔温度是指达到这一温度后,隔膜闭孔,电池内部形成断路,防止电池内部温度由于内部电流过大进一步上升,造成安全隐患。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。

闭孔温度与材料本身的熔点密切相关,如PE 为128~135℃,PP 在150~166℃。当然不同的微结构对热关闭温度有一定的影响。

但对于小电池,热关闭机制所起的作用很有限。破膜温度是造成电池破坏的极限温度,在此温度下,隔膜完全融化收缩,电极内部短路产生高温直至电池解体或爆炸。

典型值:PE 膜 闭孔128~135℃ 破膜>145℃

PP 膜 闭孔150~166℃,

三层复合膜 双闭孔温度,破膜温度高

影响电池性能:耐热安全性

10、孔隙率

反映隔膜内部微孔数量,目前,锂离子电池用隔膜的孔隙率为40%左右。孔隙率的大小和内阻有一定的关系,但不同种隔膜之间的空隙率的绝对值无法直接比较。

典型值:40~60%

影响电池性能:内阻

11、静电

隔膜表面带有较强静电时,会造成隔膜吸尘,还会造成叠片时与极片吸在一起,不容易与极片对齐,使生产效率降低。

12、弯曲度

隔膜分切后产生的弧形,弧形明显时会造成叠片不齐,卷绕时产生涡状,造成极片外露而短路。

13、面密度

指隔膜单位面积的重量。由于隔膜含有大量微孔,随着微孔数量减少,隔膜面密度的增大,孔隙率、透气率会降低。不同厚度、不同工艺的隔膜,其面密度无可比性。

常用单位:g/m2

典型值:8~12 g/m2

影响电池性能:内阻

隔膜生产厂家列举

美国:Celgard(三层PP/PE/PP),Entek (单层PE)

日本:Asahi,Tonen(单层PE),UBE(三层PP/PE/PP),Nitto,三井

韩国:Wide、W-Able、SK、W-scope

中国:国内锂电隔膜产量 前10排名(截至2017年底)

1、上海恩捷新材料科技股份有限公司

企业简介:采用湿法微孔隔膜的生产工艺。

产能情况:目前拥有6条基膜产线,总产能3亿平方米,是国内湿法隔膜行业的龙头。上海恩捷目前已经完成了上海、东莞和珠海三大基地的布局,在建的产能包括珠海7条湿法和募投5条湿法,预计产能到2019年将达到13.2亿平米。

主要客户:包括LG、三星SDI、CATL、国轩高科、比亚迪等。

2、深圳市星源材质科技股份有限公司

企业简介:国内最早同时拥有干法隔膜和湿法隔膜的企业。

产能情况:2016年,公司拥有干法产能是1.3亿平米,湿法产能是2600万平米,2017年新增深圳1条5000万平米的干法产线,合肥星源将新增2条单线4000万平米的产线,常州星源将投资16亿元,新增3.6亿平米产能,总体规划产能将达到7-8亿平米。

主要客户:包括LG、比亚迪、捷威动力、亿纬锂能、横店东磁、天津力神、国轩高科等。

3、沧州明珠塑料股份有限公司

企业简介:2009年量产隔膜,2013年便成功进入比亚迪供应体系,借行业爆发机会进入了发展的快车道。

产能情况:2017年,随着两条湿法隔膜生产线的投产,沧州明珠的干法隔膜产能5000万平米,湿法隔膜产能1.2亿平米,另外,沧州明珠与中航锂电的的隔膜项目仍在稳步推进。

主要客户:包括中航锂电、比亚迪、沃特玛、CATL、苏州星恒等。

4、苏州捷力新能源材料有限公司

企业简介:苏州捷力成立于2009年,专注于湿法隔膜的生产。

产能情况:截止到2017年上半年,苏州捷力拥有8条湿法生产线,湿法隔膜产能4亿平米,规划未来三年生产线将达到20条。

主要客户:包括ATL、BYD、LG、哈光宇等。

5、湖南中锂新材料有限公司

企业简介:中锂新材成立于2012年,引进日本东芝全套湿法锂电池隔膜,2015年才开始大批量生产。

产能情况:截止2017年上半年,中锂新材拥有湿法隔膜产能2亿平,生产线10条(其中2条在调试),规划生产线合计20条。

主要客户:主要供应沃特玛,随后开发了比亚迪、CATL等国内龙头锂电池企业。

6、辽源鸿图锂电隔膜科技股份有限公司

企业简介:鸿图隔膜在进入锂电隔膜之前就一直从事一次电池隔膜纸的研发和生产,2008年引入韩国技术团队定位于高端隔膜的生产。

产能情况:目前拥有6500万平米湿法隔膜生产线,2017年底将达到1.1亿平米湿法隔膜产能,在建三期产能为9000万平米湿法隔膜。

主要客户:包括力神电池、中聚电池、旭冉电子、智航新能源、力信能源等。

7、河南义腾新能源科技有限公司

产能情况:义腾新能源现有干法隔膜产线10条,湿法隔膜产线1条。

主要客户:包括中航锂电、哈光宇、浙江超威、创明电池、卓能电池、威能环保、南都电源等。

8、新乡市中科科技有限公司

企业简介:作为国内较早进入隔膜领域的公司之一,中科科技以“格瑞恩”品牌投放市场。

产能情况:中科科技目前拥有13条干法生产线,产能1.6亿平方米;1条湿法生产线,产能2000万平方米;1条蒸发法生产线,产能4000万平方米。

主要客户:包括比亚迪、力神电池、ATL、哈光宇、比克电池、福斯特、创明等国内大部分锂电池企业。

9、武汉惠强新能源材料科技有限公司

企业简介:惠强隔膜专注于高端三层干法隔膜的生产,可生产10μm到60μm不同规格的单层、复合锂电池隔膜。2015年新三板挂牌上市。

产能情况:目前产能为8800万平方米,二期在建产能1亿平米。

主要客户:包括比亚迪、骆驼股份、珠海鹏辉、新乡弘力、湖北猛狮、海四达、东莞鸿愃、亿纬锂能等。

10、重庆云天化纽米科技股份有限公司

企业简介:纽米科技作为云化天集团的子公司

产能情况:目前在重庆拥有5000万平米产能的湿法隔膜生产线,在云南拥有3000万平方米产能的干法生产线。2017年在建产能为6000万平方米湿法隔膜产能

主要客户:为LG化学、沃特玛、天津力神、振华科技、哈光宇、维科电池等。

原标题:隔膜的工艺表征参数及意义(附2017国内隔膜企业top10)


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