使用PVDF/SiO2的混合物改性聚烯烴隔膜,使復(fù)合隔膜同時(shí)具備PVDF的親電解液性能和Si02的耐高溫性能,制各的鍾離子電池在2C放電倍率下,其充放電效率達(dá)到94%.
2、聚烯烴-陶瓷復(fù)合隔膜
聚烯烴類(lèi)有機(jī)隔膜且具有較好的力學(xué)性能及成本低等特點(diǎn),但在熱穩(wěn)定性、親液性等方面存在不足,所以作為電池隔膜,其安全性能有待提升。因此,在聚烯烴類(lèi)有機(jī)隔膜上涂覆無(wú)機(jī)陶瓷顆粒而制備出復(fù)合膜的工藝應(yīng)運(yùn)而生。
雖然陶瓷涂層給電池性能帶來(lái)怎樣的影響仍需更深入的研究和評(píng)價(jià)才能得出最終的結(jié)論,但這一技術(shù)卻被許多隔膜企業(yè)和電池企業(yè)爭(zhēng)相仿效,得到了迅速的推廣。
在聚合物陶瓷復(fù)合膜中,聚烯烴類(lèi)有機(jī)微孔膜材料提供柔韌性以滿(mǎn)足電池裝配工藝的需求。無(wú)機(jī)陶瓷顆粒則在復(fù)合膜中形成剛性骨架,防止隔膜在高溫條件下發(fā)生收縮甚至熔融,以提升電池安全性能。粘合劑則對(duì)陶瓷復(fù)合膜的表面性質(zhì)、孔道結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度等性能有重要影響。
聚合物-陶瓷復(fù)合膜在一定程度上提高了聚烯經(jīng)類(lèi)隔膜的熱穩(wěn)定性及電解液潤(rùn)濕性,但是這種復(fù)合技術(shù)存在的最大問(wèn)題是陶瓷相與有機(jī)相結(jié)合力較弱,易出現(xiàn)陶瓷脫落(掉粉現(xiàn)象。通過(guò)合理調(diào)控稀合劑用量、采用原位復(fù)合技術(shù)將無(wú)機(jī)陶瓷顆粒被預(yù)先分散在成膜溶液中,通過(guò)濕法雙向拉伸技術(shù)或靜電紡絲法制成隔膜的工藝過(guò)程等方法可以在一定程度上緩解這一現(xiàn)象。
以聚烯烴隔膜為基材的復(fù)合隔膜產(chǎn)品,主要保持了聚烯烴隔膜易于拉伸成孔的可加工性,同時(shí)改善了隔膜的安全性、親液性等特性,在隔膜的換代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商品化之前,仍將占據(jù)主要的市場(chǎng)份額。
3、新材料體系
按照所用材料,電池隔膜分為聚烯烴改性隔膜和新材料體系隔膜。其中新材料體系主要有含氟聚合物類(lèi)隔膜、纖維素類(lèi)隔膜、聚酰亞胺(PI)類(lèi)隔膜、聚酯(PET)類(lèi)隔膜及其它聚合物陶瓷復(fù)合隔膜等。
(1)含氟聚合物隔膜主要是指PVDF隔膜材料。從材料角度可以將其分為單一聚合物、多元聚合物和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物三類(lèi)。最常用的單一聚合物包括PVDF、P(VDF-HFP)(聚偏氟乙烯-六氟丙烯〉和P(VDF-TrFE)(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)。
相比于聚烯烴類(lèi)隔膜材料,含氟聚合物材料隔膜具有更強(qiáng)的極性和更高的介電常數(shù),大大的提升了隔膜的親液性,并有助于鋰鹽的離子化。
此外,這類(lèi)材料的成型方法多樣,如澆鑄法、電紡法、熱壓法等,有利于調(diào)控孔隙率。
(2)纖維素隔膜的電池性能與聚烯烴隔膜相當(dāng),但其資源豐富且可再生利用。與此同時(shí),纖維素材料初始分解溫度較高(>270"C),熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于聚烯烴類(lèi)材料。
早期使用的纖維素類(lèi)材料快速充放電性能優(yōu)異,但存在自放電現(xiàn)象,循環(huán)性能不夠穩(wěn)定,耐電壓性不夠。有研究學(xué)者以無(wú)紡布纖維素為基材,P(VDF-HFP)為涂層,制得纖維素/PVDF復(fù)合隔膜,與傳統(tǒng)的PP膜相比,親液性明顯增強(qiáng),熱穩(wěn)定性大大提升。
(3)新工藝方法
隔膜的研發(fā)中核心的內(nèi)容有兩個(gè):一是新材料體系,二是可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的工藝方法。離開(kāi)了高效的工藝方法,再好的材料也無(wú)法成為可以被廣泛接受的商品。
常規(guī)制備聚烯烴隔膜的方法就是干法和濕法。但是,將聚烯烴類(lèi)隔膜往更薄的方向發(fā)展,以滿(mǎn)足3C鋰離子電池的性能需求,是提升隔膜性能的一大關(guān)鍵切入點(diǎn)。
相對(duì)而言制備方法而言,聚烯烴改性隔膜的涂布工藝和設(shè)備是非常成熟的。用來(lái)做聚烯烴隔膜的涂覆改性可行性較高,可以提高聚烯烴隔膜的耐熱性及對(duì)電解液的潤(rùn)濕性。目前,國(guó)內(nèi)外眾多研究單位和廠家都有關(guān)于陶瓷涂層隔膜的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目。
總之,隨著隔膜材料日益豐富、制備工藝日益成熟,相信在不久的將來(lái),滿(mǎn)足消費(fèi)需求的高安全性、強(qiáng)耐熱性新型隔膜將會(huì)成功問(wèn)世,對(duì)我們的生活生深遠(yuǎn)的影響。