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锂离子电池隔膜的创新

发布时间:2022/10/8 阅读:1519

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锂离子电池

锂离子电池的成功商业化推动更安全、更先进的隔膜技术的概念


旭化成公司(Asahi Kasei)的第一个锂离子电池(LIB)实用原型于1985年在Akira Yoshino博士的指导下制造出来,最值得注意的创新是一种高性能的隔膜,这种隔膜是实现锂离子电池商业化所需安全性能的非常重要因素。


隔膜是锂离子电池中最重要的元件之一。位于电池阳极与阴极之间,可以阻止电极之间的物理接触,同时隔膜可以促进电池中离子的转移。隔膜故障会引起电池短路,引起热失控。


根据应用,理想的隔膜应该包括以下特性:

• 电解质吸收量大

• 尽可能薄,不增加无用体积

• 化学和电化学稳定性

• 适当的均匀孔隙度水平

• 润湿性

• 适宜的阻抗

• 最佳循环寿命


平衡所有上述特征,制造一种不仅安全、高效且具有成本效益的技术,是一个巨大的挑战。以下是锂离子电池隔膜市场在现阶段的一些不同技术:


Celgard:电池电动汽车应用的解决方案之一包括使用聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层结构。聚丙烯外层不仅提供高温熔体完整性(HTMI),这是确保安全性的关键性能,还可以提供耐氧化性。聚乙烯内层可在热失控期间快速关闭。


Celgard H1809包括18微米的三层微孔膜(PP/PE/PP),孔隙率为49%。H1809设计用于高能锂电池系统;尤其是那些需要特殊安全和能量密度优势的设备。


UBE公司:汽车应用解决方案中,有一种被称为CPORE的陶瓷涂层隔膜的选择。CPORE是一种高性能的隔膜涂层,是采用先进分散技术和在隔膜表面的高速且精确涂布技术制成的。


CPORE的厚度区间在13至25微米。无机粒子被用于这些隔膜,以进一步提高其耐热性,最大限度地减少异常加热引起的收缩,并阻止电池内部短路,显著提高锂离子电池的安全性。


Entek:Entek可提供基于超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的涂层和无涂层的隔膜。产品之一EPH面向便携式电子设备高放电/充电率应用,如,无线电动工具、草坪和园艺设备、高功率遥控汽车等。EPH隔膜的厚度区间在9至16微米,孔隙率为48%。


Soteria:Soteria的专利技术据称可消除热失控的根本原因,隔离了短路,并且使电池在受损后仍能继续工作。Soteria的无纺布薄膜由芳纶纤维加固,形成一种在存在缺陷或损坏的情况下不会融化或收缩的隔膜。此外,金属化膜集电器像保险丝一样烧断,从而隔离短路,电池的其余部分可以继续工作。


隔膜有助于锂离子电池的安全性和可靠性。尽管锂离子电池在技术的创新和商业化上具有挑战性,研发工作仍旧非常活跃。根据Graphical Research的研究,北美锂离子电池隔膜的复合年增长率(CAGR)到2027年可能会达到16.2%。电池隔膜路线图看上去非常有前途,而且也有更安全、更好的创新。


中国化学与物理电源行业协会 

杨柳翻译

2022.10.8