川大向明教授：高性能锂离子电池隔膜制备的关键技术
2016年11月3日，由unima新材网、中国塑膜网主办的“2016锂电膜材料姑苏峰会”在苏州高新华美达酒店拉开帷幕。我们有幸请到了四川大学的博士生导师向明教授，带来《隔膜生产与制造的关键工艺技术》的演讲，其部分内容如下——
隔膜是锂离子电池的重要组成部分
是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件
隔膜的功能
· 作为绝缘材料隔离电池的正负极
良好的力学性能、尺寸稳定性好、耐热耐刺穿性好
· 允许电解质离子在电池充放电过程中来回迁移通过
多孔，孔隙率高，适度的弯曲度低、离子导通性好
· 减少任何对电池效能不利的副作用
隔膜的基本结构特征
1# Dry,Biaxialystretching
2# Wet,Biaxialystretching
3# Dry,Uniaxialystretching
4# Wet with surface coating
电池功能对隔膜的要求
优良的电绝缘体
小的离子电阻
良好的力学和尺寸稳定性
足够高的强度以保证隔膜在电池加工和使用中不破损
良好的稳定性不被电解质、电极反应产物及杂质所降解
有效阻止电极间粒子、乳胶或可溶物质的迁移
能有效被电解质润湿
厚度和空隙率的均匀性
对隔膜功能要求的一些悖论和问题
· 在性能vs.安全方面
电池容量增加，要求隔膜内阻小
↓
隔膜薄，具有高的孔隙率和较大孔径
✕
隔膜强度，耐刺穿性，短路，均匀性
· 隔膜均匀性vs.功能
隔膜均匀性要求？
厚度？电池制成要求和功能要求是否一致？
孔径及其分布对电池性能的影响？
· 润湿性能的差异？
纵横向润湿性能差异
电池注液后的形态（不均匀地浸润）
隔膜制造的关键技术
· 成型。厚度均匀性，尺寸稳定性，膜卷质量控制
· 孔结构控制
· 均匀性控制
Manufacturing Processes:
Dry Process:
Melt Extrusion/Annealing/Monoaxially Stretching(MEAUS)
Wet Process:
Thermal Induced Separation/Stretching/Extraction
ProcessesForSeparatorFabrication :
Production Lines
隔膜制造中制孔机理与均匀性
熔融挤出/退火/单向拉伸法
拉伸成孔机理研究
The Formation of Pores in Dry Process
·Preparation Of Precursor membrane high melt draw down ratio specific crystalline structure
Orientation
Scheme of the sample structure formed at the stages of extrusion (a), annealing (b) and uniaxial extension (c).
L01–the long period in the initial (extruded) sample;
L02–the long period in the annealed sample;
b–lamellaethickness.
Key Engineering Points
Draw Down Instability
Early Film Breakage
2. Draw Resonance
Technology Based on β-PP
Wet Process
TIPS
Casting Sheet
Membrane after BiaxiallyStretching and Extraction
Key Engineering Points
· Phase Separation Controlling
· Plasticizing and gel Particles
· Thickness profile ≤0.5micron
· Shrinkage
· Winding
微孔均匀性调制技术
· 复合结构的使用
· 陶瓷涂覆隔膜
· 树脂涂覆隔膜
· 涂覆隔膜不仅赋予隔膜耐热性
· 调制微孔均匀性
· 调制润湿特性
· 涂覆层高空隙率
· 低粘度的相分离制孔机理
结论
· 高性能隔膜的制造以提升电池性能为主要目的
· 隔膜制造的关键技术在于如何获得更均匀的隔膜，其中微观孔结构的均匀性控制是技术追求的目标
· 在充分认识制孔机理的基础上进行装备设计、材料选用以及工艺控制优化是制备高性能隔膜的唯一途径
关于向明教授
向明教授，工学博士，博士生导师，课题组负责人，高分子材料工程国家重点实验室（四川大学）学术带头人之一。主要从事聚烯烃专用树脂的结构设计及聚合制备技术、高分子材料加工及改性、新能源新材料的制备、聚合物加工设备设计与定制等研究开发工作，现任多个企业与四川大学共建的产学研中心首席专家，2009年、2011年两度获中国石油吉林石化公司 “外聘专家杰出贡献奖”，2010年被评为四川大学先进个人。
向明教授长期致力于面向工业界的研究开发，建立了面向中国工业界从事聚合物新材料产品研发、制造及技术咨询服务的高科技公司，其核心研发团队长期致力于聚合物材料的研究和开发，具有深厚的专业技术知识和大量的经验积累，在中国高分子工业界享有极高的声誉。研发重点有新能源新光源领域的聚合物材料成套工艺技术开发；聚烯烃专用树脂的结构调控和引进大装置的工艺调试；提供有关高分子材料生产和制造领域的技术咨询及制造产品的售后服务；开展进口生产线的调试和改造工作。
业务领域包括聚烯烃聚合技术和结构实现，聚烯烃材料的加工应用技术，ABS树脂的改性、加工和应用，聚甲醛的合成、改性及加工，光伏电池用材料的加工和应用，高性能微孔薄膜材料的制造，醋酸纤维素的制造和加工应用，新型光学材料及新能源材料的制造和应用，聚合物助剂应用技术。公司在PPR、PE-RT、复合管，BOPP薄膜，OPS收缩膜，反渗透膜、LCD背光源组件反射膜，合成纸，锂电池隔膜，光伏电池EVA封装胶膜、弹性体与热熔胶制造等方面拥有成套工艺技术和雄厚的研发实力。
来源：unima新材网