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动力蓄电池隔膜掣肘我国新能源汽车发展
    在锂离子蓄电池主要原材料中,除正极材料、负极材料以及电解质溶液外,隔膜是非常关键的内层组件,也是锂离子蓄电材料中技术含量最高的高附加值材料。隔膜的性能优劣,直接影响蓄电池的容量、循环寿命及安全性能等特性。同时,隔膜的成本约占整个锂离子蓄电池成本的20%~30%。
 
隔膜的类型及工艺制备
 
    隔膜的主要作用是将蓄电池的正、负极分隔开来,防止正负极接触而短路,此外膈膜还具有能使电解质离子通过的功能。
 
    锂离子蓄电池隔膜材料主要有聚烯烃类、高分子材料、无机材料等。根据原材料特点及加工方法不同,可将锂离子蓄电池隔膜分成聚烯烃隔膜、聚合物隔膜、陶瓷隔膜、纤维隔膜等。目前市场化的聚烯烃隔膜主要以聚乙烯、聚丙烯为主,包括单层聚乙烯(PE)、单层聚丙烯(PP)以及三层PP/PE/PP的复合膜。
 
    聚烯烃隔膜的生产工艺分干法和湿法两大类。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,然后将发生相分离,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。
 
    干法可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。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,然后在高温下使缺陷拉开,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。
 
    1062357)。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、桂林新时代科技有限公司均与中科院合作采用干法双向拉伸工艺。
 
    静电纺织技术是一种有效、实用的纳米纤维的制备工艺。研究发现,由于孔隙率高、比表面积大,纳米纤维膜对锂离子蓄电池电解液的吸收能力特别强,有利于提高隔膜的锂离子导电率、降低蓄电池的内阻、适合大电流放电,对提高锂离子蓄电池特别是动力锂离子蓄电池的性能很有帮助。最近,中国科学院理化技术研究所在多针喷头静电纺织技术在纳米纤维锂离子蓄电池隔膜制备中取得了突破性进展。
 
    为了应用于大型蓄电池,隔膜安全性研究正在开展之中。鉴于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等微多孔性膜的耐热性差。日本索尼能源设备公司正在开发具有高性能陶瓷层的锂离子充电蓄电池用隔膜,通过在此前的隔膜——聚烯烃(Polyolefin)的微多孔膜两面形成厚度2~5μm的金属氧化物陶瓷层,可防止大电流通过引起的内部短路。
 
    2009年,韩国原子能研究院(KAERI)发布消息称,其研究人员已经开发出了一种用于锂离子蓄电池隔膜的新材料,能够抵御较高的温度和大力量的撞击。KAERI开发出的新型隔膜由聚乙烯、纳米化矾土和***化树脂混合而成,并经过了辐照处理,可以有效弥补现有锂离子蓄电池的缺陷。据称,使用该混合物隔膜可以在150℃的高温以及相当大力度的外部撞击下保持其绝缘性。
 
国内外隔膜材料产业情况
 
    目前国外的主要隔膜材料生产企业有:日本旭化成(Asahi)、宇部兴产(UBE)、东燃化学(Tonen,埃克森美孚控股)、三菱化学与三菱树脂、三井化学等,美国Celgard、Entek,韩国SK能源、W-Scope、WIDE、Finepol等公司,此外,德国赢创德固赛集团、英国N-Tech公司、荷兰DSM集团等公司也在生产锂离子蓄电池隔膜材料。在2009年全球锂离子蓄电池材料市场中,日本旭化成是最大的供应商,占据了全球约1/3的市场份额;东燃化学和美国Celgard公司仅次于旭化成,市场占有率都在20%以上。其中部分锂离子蓄电池隔膜生产企业的情况如下:
 
    :旭化成的锂离子蓄电池隔膜生产采用湿法制备工艺,主要生产单层隔膜。目前,旭化成已经能够生产部分高性能的聚丙烯、聚乙烯材料。在此基础上,旭化成研究开发出面向高输出功率用途的混合动力车及电动汽车等电动车辆用锂离子充电蓄电池的隔膜技术IBS(anic-blendeds eparator)。该技术通过在隔膜中混合无机物,确保了电动车辆用锂离子充电蓄电池的性能。而且还可直接利用便携设备锂离子充电电池的隔膜量产线。因此,制造成本可保持在与现有产品相当的水平上。此外,这种新型隔膜在将空孔率提高到50%~70%的同时,还将电阻降低到了以往产品的一半。
 
    :东燃化学是美国埃克森美孚化工集团旗下埃克森美孚日本集团的控股子公司。东燃化学的隔膜制备采用的是湿法工