【新能源工程实践】产业的兴旺及国内技术的空缺——锂离子电池及隔膜行业简介

产业的兴旺及国内技术的空缺——锂离子电池及隔膜行业简介

本周的新能源工程实践课我们邀请了中材锂膜有限公司的董浩宇工程师,他为我们介绍了当今锂离子电池及隔膜行业

锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池,在我们身边的手机、笔记本电脑中都有应用,而最近的三星Note7爆炸事件也正是锂离子电池的技术问题所导致的隔膜的主要作用是将正负极隔开避免短路,同时又可使锂离子通过,为此隔膜需要的特性有电子绝缘性;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,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。

介绍完这些基本理论知识,董工程师告诉我们,在锂离子电池5个主要部分中,国际公认隔膜的利润率最高,达到了50%,同时也是技术壁垒最高的部分。在近日的锂离子电池国际会议上,隔膜技术的交流仅占5%,国内在隔膜技术上的落后使得国外对国内的防范意识很高且这一方面的技术主要由美国和日本的公司领先。倘若我们其中有人将来从事相关专业和研究,希望能够在隔膜这一部分取得重大突破以和国外公司平起平坐。

接着,他详细地为我们解读了目前国际锂离子电池隔膜市场。现在市场大量使用的隔膜分为三种,PE(聚乙烯)隔膜、PP(聚丙烯)隔膜和PP/PE/PP三层隔膜。其中PP/PE/PP三层隔膜为美国Celgard公司主推,但其主工程师近日发文推翻了自己的三层隔膜技术优势,Celgard公司也被收购。董工程师提到,在自动关闭机理这一特性上业界一直存在着争议,就往常来看,隔膜在高温下不会熔融固然是一种优秀的体现,但另一种观点是隔膜在高温下熔融是一种安全保护措施以防电池发生爆炸。


隔膜的工艺技术方面现在主流分为熔融干法拉伸(干法),热致相分离(湿法)。干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄膜,经过结晶化处理、退火后,得到高度取向的多层结构,在高温下进一步拉伸,将结晶界面进行剥离,形成多孔结构,可以增加薄膜的孔径。优点是工艺相对简单、附加值高、无环境污染。缺点是孔径及孔隙率较难控制;拉伸比较小;低温拉伸时容易导致隔膜穿孔;产品不能做得很薄。而湿法工艺是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容积,可制备出微孔膜材料。

董工程师告诉我们,如今的国际发展趋势是干法向湿法转换,在干法制备有所成就的公司例如美国Celgard以及日本宇部兴产株式会社都已经向湿法转换,尽管湿法工艺的工艺难度更高且有污染,但其安全性是干法所不具备的。

董工程师在本节课给我们讲解了如今锂离子电池和隔膜的产业行业情况,让我们认识到了这一产业的复杂性以及国内外的巨大差距。希望我国的科研工作者能在锂离子电池上取得属于自己的成就。




文字:郭福源 杜月岷

摄影:陈捷