浅谈锂电池隔膜超高分子量聚乙烯的生产工艺与设备

2023年2月18日,中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司14万t高密度聚乙烯装置,首次成功生产出用于“锂电池隔膜”制造的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)树脂产品LU-0350约200t。该牌号作为在三井油化CX工艺上,所能生产的分子量分布极窄同时具有良好成孔性能的产品,正在逐步应用于锂电池隔膜制造行业而进入新材料应用领域。该产品凭借良好的特性,能够适合目前主流的干法及湿法隔膜制造工艺,同时以其较低的热变形性和开孔闭孔性能,不断拓展着应用领域。其产品核心性能参数为:黏均分子量控制在50万~100万、表观密度0.48g/ml、灰分≤0.019%、熔点≤137℃、过筛率(40目)≥99.9%。

锂离子电池隔膜物理及电化学性能评价及对比

对目前被广泛使用的聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜和氧化铝涂覆聚乙烯隔膜的物理性能和电化学性能进行了详细的分析对比.研究表明:氧化铝涂覆聚乙烯隔膜相比于其他三种隔膜,除拉伸强度略低于聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜外,在耐穿刺性、热稳定性、润湿性及离子电导率等方面均具有更突出的性能.其穿刺强度达到了426.91 N·mm^(-1),并且在140℃下热处理1 h基本没有热收缩.氧化铝颗粒的亲水性提高了隔膜与电解液之间的润湿性,使得隔膜具有优异的离子电导率(0.719 mS·cm^(-1)),并且100次循环后容量保持率为91.19%,优于聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜.表明氧化铝涂覆聚乙烯隔膜与其他三种隔膜相比在长循环、高功率和高安全性的锂离子电池中具有最好的应用前景.

聚烯烃在锂离子电池隔膜领域的应用进展

隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一,它的性能直接决定了锂离子电池的安全性能、使用寿命和电化学性能等。聚烯烃微孔膜凭借电化学性能优异、价格低廉等优势成为锂离子电池隔膜市场的主流。在隔膜减薄化趋势下,超高分子量聚乙烯隔膜独特的性能优势成为聚烯烃微孔膜中最具竞争力的产品。介绍了锂离子电池隔膜的工作原理及性能要求,聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法,包括湿法、干法、静电纺丝等制备工艺;阐述了锂离子电池隔膜专用料的性能要求和研发进展,生产超高分子量聚乙烯的催化剂以及聚烯烃隔膜改性的研究进展。

锂离子电池隔膜的制备技术现状及发展方向

研究锂离子电池隔膜材料、制备技术及性能等,以更好地了解锂离子电池隔膜的工作原理。首先简要介绍了锂离子电池的发展现状及其隔膜的研究;其次,详细介绍了锂离子电池隔膜材料的研究现状,包括高分子电解质膜、陶瓷电解质膜和金属电解质膜等;然后,介绍了隔膜的制备技术,包括涂覆法、溶胶-凝胶法、原位生长等;最后,陈述了锂离子电池隔膜的电化学性能,包括电导率、耐压强度、热稳定性等方面的研究。

锂离子电池高安全复合隔膜的挑战和未来展望

隔膜作为锂电池的重要结构组成部分,起阻隔正负极接触、吸收并固定电解液、传递离子等关键作用。锂电池用商用隔膜面临高温热收缩等问题,影响电池的持久安全性。本文首先简要介绍了锂离子电池隔膜在孔隙结构、电解液润湿性、结构/热/化学/电化学稳定性以及隔膜-电解液相互作用等方面的要求,并通过对近期相关文献的探讨,重点综述了耐高温聚合物隔膜的研究进展;重点分析了高耐热聚合物基隔膜、阻燃添加剂涂敷隔膜和聚合物基底复合等策略对于阻燃多功能复合隔膜的改善机制;对于复合隔膜的锂枝晶抑制策略,主要介绍了物理阻隔锂枝晶生长、均匀化锂沉积和调控锂离子迁移通量三种方法。综合分析表明,通过减薄聚烯烃隔膜同时引入高性能薄涂层、掺杂固态电解质、开发高耐热聚合物基底隔膜等策略,有望在实现高安全性的同时获得高离子电导率。

SBA-15/纤维素复合隔膜的制备及对锂离子电池性能的影响

以高纯度的纤维素为原料,利用纤维素膜对电解质良好的润湿性,共混引入SBA-15纳米粒子,制备了SBA-15/纤维素复合隔膜,通过场发射扫描电子显微镜对其形貌进行了表征,并研究了其热收缩性能、润湿性能及电化学性能。结果表明,SBA-15纳米粒子的加入不仅有助于提高隔膜的热稳定性,而且可以促进液体电解质的吸收,从而允许均匀分配锂离子通量;与聚丙烯(PP)隔膜电池相比,SBA-15/纤维素复合隔膜电池在0.5 C下循环100次后仍能保持143.6 mAh·g^(-1)的放电比容量。该研究为制备高安全的锂离子电池提供了借鉴。

涂胶隔膜对锂离子电池性能的影响

以3 Ah软包装动力锂离子电池为研究对象,考察喷涂和辊涂水系涂胶(聚偏氟乙烯及其共聚物)隔膜对电池性能的影响。水系喷涂涂胶隔膜电池具有较低的分容内阻和脉冲充放电直流内阻(DCR)。以不低于2.00 C倍率在2.50~4.25 V充放电,与辊涂涂胶隔膜电池相比,喷涂涂胶隔膜电池的倍率充电恒流充入比高约1%,倍率放电容量比高约0.2%,-20℃放电容量与25℃的容量比低3%以上。25℃和45℃下循环1000次,两种涂胶隔膜性能差异较小;在25℃循环超过1000次,喷涂涂胶隔膜电池性能稍好,循环2000次的容量保持率高约1.7%。

LLZTO涂覆天丝无纺布锂离子电池隔膜的制备

针对锂离子电池用无纺布隔膜孔径分布不均的问题,采用原纤化天丝纤维制备湿法无纺布基材,结合氧化物固态电解质涂层,在收窄孔径尺寸及区间分布的同时,降低电池内阻,提升电化学性能。固态电解质涂层搭配低转数无纺布隔膜会导致基材侧渗出大量陶瓷,但对于组装后电池循环及倍率测试无影响。涂覆之后的无纺布隔膜(LC10)组装钴酸锂全电池循环后拥有较低的极化电压,且由于拥有较高的离子迁移数及更低的欧姆电阻和电荷转移电阻,其在3C高倍率循环下的容量保持率可达85.93%。未涂覆固态电解质涂层的无纺布隔膜低温性能差于商品样,低温镀锂情况较商品样更加严重,而LC10低温下的初始比容量可达124.9 mAh/g,容量保留率为94.23%。

ZIF-67原位负载纳米纤维素基锂离子电池隔膜的制备及性能研究

本研究以纳米纤维素(CNF)为原料,经乙酰化、原位负载ZIF-67和浸渍电解液制备出一种新型ZIF-67@乙酰化纳米纤维素(ZIF-67@ACNF)锂离子电池隔膜,系统探讨了ZIF-67的粒径对隔膜结构及性能的影响。结果表明,当ZIF-67的粒径从0.46µm(ZIF-67_(4)@ACNF隔膜)减小至0.25µm(ZIF-67_(8)@ACNF隔膜)时,隔膜的孔隙率从74.2%减小至52.1%,离子电导率从0.75 mS/cm下降至0.22 mS/cm,界面电阻从112.5Ω增加至1115.7Ω,锂离子迁移数从0.41减小至0.31,电化学稳定窗口从5.1 V减小至4.5 V。采用ZIF-67_(4)@ACNF隔膜组装电池,在室温、0.5 C的条件下进行电池充/放电测试,初始容量达到159.6 mAh/g,循环200圈后容量保持率达到90%。

锂离子电池隔膜专用聚丙烯T 98系列产品的性能及其应用

为满足国内锂离子电池隔膜专用料的市场需求,中国石油独山子石化公司采用Spheripol双环管工艺生产出锂离子电池隔膜专用聚丙烯(PP)T 98系列产品,剖析了T 98 G/T 98 F/T 98 D/T 98 CD等产品的基础性能、力学性能、热性能、相对分子质量及其分布以及隔膜制品性能。结果表明:与进口典型对标试样相比,T 98系列产品的氧化诱导时间(约38 min)较长,数均分子质量(约12.0×10^(4))更大,相对分子质量分布(约3.1)更窄;T 98 F/T 98 G适用于干法双向拉伸工艺,T 98 D/T 98 CD适用于干法单向拉伸工艺;与进口试样制品相比,T 98 D/T 98 CD生产的锂离子电池隔膜制品透气层间极差分别降低8.8%,19.8%,纵向拉伸强度分别提高11.6%,25.4%,隔膜孔径集中度好、分布均匀、无明显双峰。

锂离子电池隔膜技术现状及发展趋势

锂离子电池隔膜是组成锂离子电池的四种主材之一,对锂离子电池的综合性能尤其是安全性影响显著。本文结合隔膜在锂离子电池中的重要作用,综述了锂离子电池隔膜的种类及制备工艺方法并对其优缺点进行了比较,重点介绍了以惠强新材为代表的干法隔膜企业在三层共挤一次成型方面的成就。最后对锂电池隔膜在新材料、新结构、新工艺等方面的未来发展趋势进行了总结展望。

聚合物隔膜在锂离子电池中的研究进展

聚合物隔膜种类繁多,不同的隔膜具有不同的物理及化学性能。从聚烯烃隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚醚醚酮隔膜和其他聚合物隔膜四个方向出发,探讨了聚合物隔膜的研究进展,并对聚合物隔膜的未来发展进行了展望。

锂离子电池纤维素基隔膜研究进展

隔膜作为锂离子电池中一个重要组成部分,对电池的充放电性能和安全性起着至关重要的作用。生物质纤维素由于其储量丰富、可再生、可生物降解、环境友好而成为了一种极具发展前景的材料。本文简要的综述了近年来锂离子电池纤维素基隔膜的研究进展。

纳米材料改性锂离子电池隔膜性能分析

由于能量密度高、循环寿命长、环保性能好,锂离子电池作为一种新型二次电池被广泛应用。但由于传统聚烯烃隔膜存在着限制锂离子电池性能的孔径较大、热稳定性较差等问题。研究人员提出了利用纳米材料对锂离子电池进行隔膜改造的方法,以解决这些问题。纳米材料在物理和化学上都有独特的特性,能有效提高膜的性质。概述以纳米材料改性隔膜的表征、电化学性能和电池性能为主要内容的纳米材料改性锂离子电池隔膜的最新研究进展。

生物基聚合物材料在锂离子电池隔膜中的可行性探讨

随着锂离子电池的广泛应用,对高性能隔膜材料的需求也越来越迫切。传统隔膜材料如聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)存在成本高、性能有限、环境污染等问题。生物基聚合物材料具有可再生、可降解、环境友好等优点,为锂离子电池隔膜材料的开发提供了新解决思路。本文从生物基聚合物材料的种类、制备方法、性能、应用等方面入手,先对生物基聚合物材料在锂离子电池隔膜中的应用进行研究,并展望了生物基聚合物材料隔膜的未来发展趋势。

聚偏氟乙烯及其共聚物用作高润湿性锂离子电池隔膜的研究进展

隔膜作为锂离子电池重要的组成部分,隔开电池正负两极并提供锂离子通行的通道。商用聚烯烃类隔膜存在电解液润湿性能差等缺点,降低了电池的电化学性能。具有高极性和耐热性等优点的聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物,是制备锂离子电池隔膜的优良材料。综述了锂离子电池隔膜的种类(聚烯烃类、无纺布类和复合隔膜类),隔膜的性能参数要求如厚度、热稳定性和力学强度等,着重介绍了运用不同的改性方法制备锂离子电池用高润湿性PVDF及其共聚物基隔膜的研究进展。相比于商用聚烯烃类隔膜,PVDF及其共聚物基隔膜具有更好的电解液润湿性、热稳定性能和电化学性能。可以预测,随着PVDF及其共聚物基隔膜研究的进一步深入,隔膜的性能也将会得到进一步提升。

锂电池隔膜用聚乙烯的结构与性能

采用高温凝胶渗透色谱仪、熔体流动速率仪、堆积密度计和扫描电子显微镜等对国内外几种锂电池隔膜用聚乙烯(PE)的相对分子质量、熔体流动速率、堆密度和形貌等进行了分析和表征,并采用PE/白油溶胀的方法研究了其溶胀性能。结果表明:试样B4的粒径集中在75~150μm,堆密度最高为0.50 g/cm^(3),熔体流动速率为0.01 g/10 min,相对分子质量分布为4.17,形态规整,溶胀效果最好,更紧实,最适用于制备锂电池隔膜。由此表明:适用于生产锂电池隔膜的PE具有颗粒分布均匀、形态规整、相对分子质量分布窄、溶胀性能好等特点。

沸石/聚乙烯醇涂覆改性聚丙烯隔膜及其性能研究

为了改善商业聚丙烯(PP)隔膜与电解液浸润性差和热尺寸稳定性不佳的问题,采用浸涂法制备了沸石/聚乙烯醇涂覆PP隔膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、电池测试系统和电化学工作站等表征手段研究了改性隔膜的表面形貌、孔隙率、吸液率、热稳定性以及电化学性能,并与PP隔膜进行了性能对比。结果表明,改性后的PP隔膜孔隙率从38.4%提升到41.2%,吸液率从108.4%增加到181.1%,170℃下的热收缩率从58%降至23%。与PP隔膜相比,改性隔膜的循环性和稳定性得到了提高。界面阻抗从88Ω降为61Ω,离子电导率从0.58 mS/cm增加到0.75 mS/cm。沸石/聚乙烯醇涂层是改善PP隔膜电化学性能和热稳定性的有效方法,能够提高锂电池的循环性和安全性。

锂离子电池用纤维素材料及其隔膜制备技术的研究进展

随着新能源行业的快速兴起,高性能锂离子电池成为当下的研究热点。作为锂离子电池的重要组成部分之一,隔膜不仅决定了电池的内部结构和内阻,而且对电池的容量、循环和安全性能起着至关重要的作用。纤维素材料来源丰富、环境友好,由纤维素制备的隔膜具有高孔隙率、高比表面积和高离子电导率,有希望成为传统聚烯烃隔膜的优良替代品。概括了不同种类的纤维素在锂离子电池膈膜中的应用进展,对纤维素膈膜的制备技术及其性能进行了全面的讨论和总结,最后,提出了纤维素锂离子电池隔膜领域有待解决的问题以及纤维素在隔膜领域的发展前景。

涂层改性锂离子电池隔膜专利的分析

从专利角度,对全球涂层改性锂离子电池隔膜的专利申请趋势、技术输出国、专利维持年限及主要申请人进行分析,之后,分析LG化学株式会社(LG化学)及上海恩捷新材料股份有限公司(上海恩捷)的重点专利。从2012年起,全球涂层改性锂离子电池隔膜专利申请量快速增长,特别是中国的申请量增长迅速。中国、美国和韩国是主要的专利技术输出国,且LG化学、上海恩捷和赛尔格有限责任公司(赛尔格)的申请量排名前3。国外申请人的专利维持年限普遍高于中国申请人的。LG化学的公开号CN1969407A、CN101002347A、CN101088183A和CN101326658A,以及上海恩捷的公开号CN109004160A、CN108565381A和CN107732106A等专利是重点专利。