干法单向拉伸锂电池隔膜(PP、PE)物性以及电镜等 一、本团队干法单向拉伸锂电池隔膜物理性能如下(只列单一规格作为对比):
原料 | PP(1) | PP(2) | PE |
厚度(μm) | 20 | 20 | 20±2 |
孔隙率(%) | 42 | 42 | 42±2 |
面密度(g/m²) | 11 | 11±2 | 11.5 |
透气率(s/100ml) | 350 | 400 | 200 |
105℃收缩率(%) | MD | ≤4.5 | ≤4.5 | ≤4.5 |
TD | 0 | 0 | 0 |
90℃收缩率(%) | MD | ≤2.5 | ≤2.5 | ≤2.5 |
TD | 0 | 0 | 0 |
刺穿强度(g) | ≥300 | ≥300 | ≥300 |
拉伸强度(Mpa) | MD | ≥150 | ≥200 | ≥110 |
TD | ≥10 | ≥10 | ≥10 |
断裂伸长率(%) | MD | ≤150 | ≤150 | ≤150 |
TD | | | |
| | | | |
特点:PP(2)配方拉伸强度大于200MPa,PE透气率200s/100ml.
各配方电镜如下图:①PP(1)
2PP(2)
3PE
一、隔膜工艺设备
锂离子电池隔膜是一种聚烯烃微多孔膜,生产工艺可分为湿法(即相分离法)和干法(即拉伸致孔法),其生产出来的产品存在厚度上差异,因此也应用在不同类型的锂离子电池中。 干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法,制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜,在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷,然后高温下使缺陷拉开,形成微孔。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟,现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。美国Celgard公司拥有干法单向拉伸工艺的一系列专利,日本UBE公司是购买了Celgard的相关专利使用权。用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构,由于只进行单向拉伸,隔膜的横向强度比较差,但正是由于没有进行横向拉伸,横向几乎没有热收缩。
干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发出的具有自主知识产权的工艺(CN1062357)。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂,利用聚丙烯不同相态间密度的差异,在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔,用于生产单层PP膜。国内格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新时科技有限公司均与中科院合作采用干法双向拉伸工艺。
湿法又称相分离法或热致相分离法,将高沸点的烃类液体或低分子量的物质与聚烯烃树脂混合,加热溶化混合物并把熔体铺在薄片上,然后降温发生相分离,再以纵向或双轴向对薄片做取向处理,最后用易挥发的溶剂提取液体。可制备出相互贯通的微孔膜材料,适用的材料
广。采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等,用湿法双向拉伸方法生产的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高的纵向和横向强度。目前主要用于单层的PE隔膜。
二、行业资讯
随着锂离子电池应用范围的逐步扩张,下游锂离子电池产业规模保持了快速的增长趋势,从而带动整个隔膜产业的高速增长。赛迪顾问基于对国际主要隔膜供应厂商以及国内量产隔膜厂商隔膜出货量的统计,2013年全球隔膜产量达到8.37亿平方米,较2012年增长27.98%。赛迪顾问认为2013年全球隔膜的增长动力主要来自于智能手机、平板电脑等智能终端设备用锂离子电池以及电动自行车、电动汽车、储能等用动力电池出货量的快速增长。
从产值来看,2013年国际主要隔膜供应厂商以及国内量产隔膜厂商隔膜产值达到18.50亿元,同比增长15.83%,产值增幅低于产量增幅的主要原因是随着锂离子电池隔膜的逐步产业化和产量的逐步增加,尤其是中国隔膜企业隔膜产品性能的逐步提升,对全球隔膜市场产生了重要的影响,导致全球隔膜的均价呈现出较大幅度的下滑。预计未来整个隔膜的平均单价将继续保持5%左右的递减趋势,但是产量的快速增长仍将带动全球隔膜的市场规模保持较快的增长趋势。
(二)中国隔膜产业发展现状
作为世界上最大的锂电池生产制造基地和第二大锂离子电池生产国和出口国,中国对隔膜的需求日益增加。2009年,中国国内隔膜的市场容量为1.35亿平方米,市场规模达到19.53亿元,在中国优良的投资环境和相对低廉的人工成本的作用下,锂离子电池产业在全球范围内向我国转移的趋势越来越明显,从而带动整个隔膜的市场规模快速增长,2013年,中国国内隔膜的市场容量为5.38亿平方米,同比增长40.40%,市场规模达到50.32亿元,同比增长20.52%。