锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。

1.锂电池隔膜基础要求

1、具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;
2、有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;
3、由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物,隔膜必须耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性;
4、对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力;
5、具有足够的力学性能,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;
6、空间稳定性和平整性好;
7、热稳定性和自动关断保护性能好。动力电池对隔膜的要求更高,通常采用复合膜。

锂电池隔膜基础要求

2.锂电池隔膜分类

根据不同的物理、化学特性,锂电池隔膜材料可以分为:织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。

锂电池隔膜分类

3.锂电池隔膜发展

全球范围内,锂电池隔膜产业最发达的国家是日本和美国。根据真锂研究的不完全统计,2011 年全球共销售锂电池隔膜约3.58 亿m2,日本隔膜材料的产销量最大,2011 年共销售约2.41 亿m2,所占市场份额超过全球一半以上,高达52.62%。
    2011 年,韩国企业共销售锂离子电池隔膜约3,600 万m2,占全球7.86%。其他地区主要指欧洲地区和中国台湾,这些地区的销量总的来说还很小。其中,LITARION镍钴锰酸锂材料(即俗称的三元材料)和可大幅提高动力锂电池能效及安全性能的SEPARION陶瓷电池隔膜,已经在电动汽车上进行较大规模的试应用。此外, 英国也在积极开发锂电池隔膜材料。
由于隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池使用的安全性能,故锂电池制造对隔膜材料产品的一致性要求极高,除了厚度、表面密度、力学性能这些基本要求之外,对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也都有很高的要求。因此,鉴于技术工艺的难度,隔膜材料是中国唯一还没有实现自给的锂电池关键材料。不过,自2004 年率先实现隔膜材料的国产化以来,中国的隔膜材料产业发展速度非常快,国产隔膜在中低端市场快速地、规模化替代进口产品。
据真锂研究的统计,2011 年中国企业共实现隔膜销售约6,700 万m2,全球市场占比14.63%,位居世界第3。同年中国本土企业的锂电池销量占全球25%的比重,以此来计算,中国本土的锂电池企业2011 年隔膜需求约1.145 亿m2,这样,2011 年中国隔膜的自给率已经超过半数,达到了58.52%,远高于多数研究机构给出的数据。照此速度发展下去,用不了几年,中国的隔膜材料就将实现自给。而且,部分日韩知名锂离子电池企业已经在开始考虑采购中国企业生产的隔膜材料产品,这在一定程度上说明了中国企业的隔膜产业化技术已经达到了相当的水平。

锂电池隔膜发展

4.锂电池隔膜应用

锂离子电池隔膜技术是目前我国动力锂电池行业的痛点。在锂离子电池材料中,正负极材料和电解液基本国产化。但隔膜起步较晚,国内公司技术成熟度不高。虽然近年来我国锂离子电池隔膜国产化率不断提高,但抢占低端3C电池隔膜市场很重要。高端隔膜国产化率仍然较低,高端3C电池和动力锂电池的隔膜仍有大量依赖进口。

锂电池隔膜应用