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1、電池隔膜用非織造布技術(shù)TheApplicationoftheNonwoveninLithium-IonBatterySeparator——賴經(jīng)緯在非織造布用途中,電池隔膜是一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)潮流的高附加值應(yīng)用領(lǐng)域,以聚丙烯為例,其原料成本約1.2萬(wàn)元/t,而將其加工成隔膜后,其價(jià)值達(dá)到300萬(wàn)元/t。電池隔膜是一個(gè)市場(chǎng)前景廣闊的高新技術(shù)產(chǎn)品,研究電池隔膜的制備及改性方法具有重要的實(shí)用意義。非織造布用作電池隔膜的典型電池是鎳鎘電池和鎳氫電池,這些電池主要用于筆記本電腦、手機(jī)和電動(dòng)車等。電池主要有正極、負(fù)極、電解液和隔膜4個(gè)部分。其
2、中電池隔膜是電池里面的重要組成部分,它起著隔離陰陽(yáng)極、吸收電解液并且讓某些導(dǎo)電離子能夠順利通過以及讓氣體通過隔膜等作用。電池隔膜的質(zhì)量直接影響到電池的充放電性能、電池的容量和使用壽命等。隔膜的作用阻隔正負(fù)極，同時(shí)具備微孔結(jié)構(gòu)允許鋰離子通過。電池隔膜需滿足條件（1）隔斷性要求：具有電子絕緣性，保證正、負(fù)極的有效隔離；（2）孔隙率要求：有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過性；（3）化學(xué)和電穩(wěn)定性要求：由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物，隔膜必須耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性；
3、（4）浸潤(rùn)性要求：對(duì)電解液的浸潤(rùn)性好并具有足夠的吸液保濕能力；（5）力學(xué)強(qiáng)度要求：具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能??；（6）平整性要求：空間穩(wěn)定性和平整性好；（7）安全性要求：熱穩(wěn)定性和自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能好。電池隔膜的生產(chǎn)工藝目前市場(chǎng)上主流的鋰電池隔膜生產(chǎn)工藝包括兩種技術(shù)流派，即干法（熔融拉升工藝）和濕法（熱致相分離工藝），其中干法工藝又可細(xì)分為干法單向拉伸工藝和干法雙向拉伸工藝。兩種方法都包括至少一個(gè)取向步驟使薄膜產(chǎn)生空隙并提高拉升強(qiáng)度。干法制備工藝原理干法的制備原理是先將高聚物原料熔融，之后
4、高聚物熔體擠出時(shí)在拉伸應(yīng)力下結(jié)晶，形成垂直于擠出方向而又平行排列的片晶結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過熱處理得到硬彈性材。具有硬彈性的聚合物膜經(jīng)過拉伸環(huán)節(jié)之后發(fā)生片晶之間的分離而形成狹縫狀微孔，再經(jīng)過熱定型制得微孔膜。濕法制備工藝原理在高溫下將聚合物溶于高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液，然后降溫冷卻，導(dǎo)致溶液產(chǎn)生液－固相分離或液－液相分離，再選用揮發(fā)性試劑將高沸點(diǎn)溶劑萃取出來，經(jīng)過干燥獲得一定結(jié)構(gòu)形狀的分子微孔膜。電池隔膜技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)衍生圖譜電池隔膜用非織造材料濕法和熔噴法非織造布電池隔膜濕法非織造布電池隔膜熔噴非織造布電池隔膜高性能
5、纖維非織造布電池隔膜混合膜制作的電池隔膜聚合物納米纖維復(fù)合隔膜原纖化納米纖維電池隔膜材料高性能聚合物材料制作的電池隔膜濕法非織造布電池隔膜濕法非織造布使用的纖維原料主要是PE、PP、聚酰胺（PA）、PET、聚乙烯醇（PVA）和PVDF等。選擇100%PVA纖維原料，利用濕法工藝制得的鋰離子電池隔膜，厚度57~198μm，單位面積質(zhì)量12.1~61.6g/m2，超薄產(chǎn)品可以做到2~6g/m2。德國(guó)Feuderberg公司開發(fā)的20μm薄型耐高溫隔膜用非織造布產(chǎn)品，采用濕法成形和熱風(fēng)后處理工藝，纖維網(wǎng)的單絲直徑3~4μm，
6、產(chǎn)品的耐熱性能達(dá)230℃。日本Vilence公司開發(fā)的聚烯烴非織造布電池隔膜使用3種纖維，即20%的細(xì)旦PP纖維，50%的熱黏合纖維，30%纖度1.3dtex（直徑3.5μm）、模量90N/dtex的高模量PP纖維，通過濕法成網(wǎng)方式制得單位面積質(zhì)量40g/m2，厚度0.10mm的隔膜材料。國(guó)內(nèi)華南理工大學(xué)制漿造紙工程實(shí)驗(yàn)室在鋰離子電池隔膜的研究中，使用聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯胺（PPTA）高原纖化漿粕和PET短切纖維原料，采用濕法非織造布成形工藝，成功得到耐熱性優(yōu)于傳統(tǒng)聚烯烴鋰離子電池隔膜的系列產(chǎn)品。熔噴非織造布電池隔膜我國(guó)中
7、科院生物能源與過程研究所以纖維素為原料，采用熔噴法和濕法非織造布耦合工藝制得生物基鋰離子電池隔膜，該產(chǎn)品具有良好的熱性和使用的安全性。2012年開始年產(chǎn)能30萬(wàn)m2的生產(chǎn)性試驗(yàn)。日本Denso公司開發(fā)的熔噴法非織造布電池隔膜，使用三菱化學(xué)提供的原料———4-甲基戊烯聚物，制得單絲直徑為0.8~5.0μm、單位面積質(zhì)量9~30g/m2的電池隔膜。混合膜制作的電池隔膜杜邦公司開發(fā)的商品名為“Energain”的電池隔膜，用于高性能鋰離子電池，該系列電池用在電動(dòng)汽車以及諸如光敏電池等再生能源領(lǐng)域?！癊nergain”隔膜源于
8、杜邦的混合膜（HMT）技術(shù)，即采用獨(dú)特的聚合物紡絲技術(shù)，成形的連續(xù)長(zhǎng)絲于無黏結(jié)劑的條件下直接形成直徑為亞微米級(jí)的纖維網(wǎng)，通常單絲直徑在200~1000nm。HMT具有獨(dú)特貯電功能，明顯改善了隔膜使用的安全及耐用性，可提高電池15%~30%的容量，延長(zhǎng)使用壽命20%。HMT技術(shù)與傳統(tǒng)靜電紡工藝不同，具有高的生產(chǎn)效率，產(chǎn)品品質(zhì)均一，其
