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磷酸鐵鋰電池隔膜生產工藝流程及原理

來源:存能電氣  日期:2019-05-30 09:37  瀏覽量:

  磷酸鐵鋰電池隔膜生產工藝流程及原理。磷酸鐵鋰電池隔膜生產工藝復雜、技術壁壘高。高性能鋰電池需要隔膜具有厚度均勻性以及優良的力學性能(包括拉伸強度和抗穿刺強度)、透氣性能、理化性能(包括潤濕性、化學穩定性、熱穩定性、安全性)。隔膜的優異與否直接影響鋰電池的容量、循環能力以及安全性能等特性。

  鋰離子電池隔膜的生產工藝原理

  磷酸鐵鋰電池隔膜的生產工藝主要分為干法和濕法,其中干、濕法工藝的主要步驟和原理為:

  1、干法——先對聚烯烴樹脂進行熔融、擠壓和吹制操作,形成結晶性高分子薄膜,然后進行結晶化熱處理和退火操作,獲得高度取向的薄膜結構,然后在高溫中拉伸,測試結晶截面分離,形成多孔結構電池隔膜。干法工藝中還可以分為單向拉伸和雙向拉伸。

  2、濕法——傳統濕法制備以相轉化法為主,近年以TIPS熱致相分離法為主。原理為將結晶性聚合物、熱塑性聚合物以及具有高沸點的小分子化學物稀釋劑(比如石蠟油)進行混合,在高溫下形成均相溶液,然后降低溶液溫度,使混合物發生固液相分離或者液液分離,將小分子化學物稀釋劑萃取脫除后,形成熱塑性與結晶性聚合物的多孔隔膜。

  磷酸鐵鋰電池隔膜生產工藝流程

  磷酸鐵鋰電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標的難以兼顧決定了其生產工藝技術壁壘高、研發難度大。隔膜生產工藝包括原材料配方和快速配方調整、微孔制備技術、成套設備自主設計等諸多工藝。其中,微孔制備技術是磷酸鐵鋰電池隔膜制備工藝的核心,根據微孔成孔機理的區別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。

磷酸鐵鋰電池隔膜.jpg

  干法隔膜按照拉伸取向分為單拉和雙拉

  干法隔膜工藝是隔膜制備過程中最常采用的方法,該工藝是將高分子聚合物、添加劑等原料混合形成均勻熔體,擠出時在拉伸應力下形成片晶結構,熱處理片晶結構獲得硬彈性的聚合物薄膜,之后在一定的溫度下拉伸形成狹縫狀微孔,熱定型后制得微孔膜。目前干法工藝主要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。

  干法單拉工藝流程為:

  1)投料:將PE或PP及添加劑等原料按照配方預處理后,輸送至擠出系統。

  2)流延:將預處理的原料在擠出系統中,經熔融塑化后從模頭擠出熔體,熔體經流延后形成特定結晶結構的基膜。

  3)熱處理:將基膜經熱處理后得到硬彈性薄膜。

  4)拉伸:將硬彈性薄膜進行冷拉伸和熱拉伸后形成納米微孔膜。

  5)分切:將納米微孔膜根據客戶的規格要求裁切為成品膜。

  干法雙拉工藝流程為:

  1)投料:將PP及成孔劑等原料按照配方預處理后輸送至擠出系統。

  2)流延:得到β晶含量高、β晶形態均一性好的PP流延鑄片。

  3)縱向拉伸:在一定溫度下對鑄片進行縱向拉伸,利用β晶受拉伸應力易成孔的特性來致孔。

  4)橫向拉伸:在較高的溫度下對樣品進行橫向拉伸以擴孔,同時提高孔隙尺寸分布的均勻性。

  5)定型收卷:通過在高溫下對隔膜進行熱處理,降低其熱收縮率,提高尺寸穩定性。

  濕法隔膜按照拉伸取向是否同時分為異步和同步

  濕法工藝適合生產較薄的單層PE隔膜,是一種隔膜產品厚度均勻性更好、理化性能及力學性能更好的制備工藝。根據拉伸時取向是否同時,濕法工藝也可以分為濕法雙向異步拉伸工藝以及雙向同步拉伸工藝兩種。濕法異步拉伸工藝流程為:

  1)投料:將PE、成孔劑等原料按照配方進行預處理輸送至擠出系統。

  2)流延:將預處理的原料在雙螺桿擠出系統中經熔融塑化后從模頭擠出熔體,熔體經流延后形成含成孔劑的流延厚片。

  3)縱向拉伸:將流延厚片進行縱向拉伸。

  4)橫向拉伸:將經縱向拉伸后的流延厚片橫向拉伸,得到含成孔劑的基膜。

  5)萃取:將基膜經溶劑萃取后形成不含成孔劑的基膜。

  6)定型:將不含成孔劑的基膜經干燥、定型得到納米微孔膜。

  7)分切:將納米微孔膜根據客戶的規格要求裁切為成品膜。

  以上就是磷酸鐵鋰電池隔膜生產工藝流程及原理,在儲能鋰電池中,目前磷酸鐵鋰電池仍為主流,由于儲能鋰電池對能量密度要求不高,因此我們預計到2020年儲能鋰電池中濕法隔膜滲透率約為20%。

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