市場化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)為主的聚烯烴(Polyolefin)類隔膜,其中PE 產品主要由濕法工藝制得,PP 產品主要由干法工藝制得。至于PE 和PP 這兩種材料的特性。總體而言:①PP 相對更耐高溫,PE 相對耐低溫;②PP 密度比PE ??;③PP 熔點和閉孔溫度比PE高;④PP 制品比PE 脆;⑤PE 對環(huán)境應力更敏感。主要的隔膜材料產品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP 和三層PP/PE/PP 等,其中前兩類產品主要用于3C 小電池領域,后幾類產品主要用于動力鋰電池領域。在動力鋰電池用隔膜材料產品中,雙層PP/PP 隔膜材料主要由中國企業(yè)生產,在中國大陸使用,這主要是因為還沒有中國企業(yè)能將PP 與PE 制成雙層復合膜的技術和能力。而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產品為主。與此同時,其他一些新型隔膜材料產品也在不斷涌現(xiàn)并開始實現(xiàn)應用,不過,因量少價高,主要還是用在動力鋰電池制造領域。這些產品主要有:涂層處理的聚酯膜(PET,Polyethylene Terephthalate)、纖維素膜、聚酰亞胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨綸或芳綸膜等等。目前,行業(yè)內較為廣使用的隔膜為以聚苯硫醚(PPS)織物為基底的新型復合隔膜。江蘇ppsPPS隔膜
隔膜是電解反應時,用以將正負兩極分開防止在電解池中直接反應損失能量的一層薄膜。鋰電池的結構中,隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性,性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。將水電解槽水電解小室分隔為陰極區(qū)、陽極區(qū),并使產生的氫氣、氧氣分隔,防止氫氣、氧氣互相穿透,但離子可遷移。不管是氫燃料電池,還是工業(yè)電解水制氫,其本質都是氫氧的電化學反應,是在一定溫度和一定濕度下,在貴金屬鉑催化劑作用下,氫氣和氧氣發(fā)生氧化還原反應。遼寧水電解PPS隔膜功能石棉在堿性電解液中的溶脹性與石棉對人體的傷害使得其逐漸被淘汰。
聚苯硫醚PPS的分子結構由苯環(huán)與硫原子交互排列,構型整齊,易形成熱穩(wěn)定性較高的結晶結構。因此,表面涂覆的主要目的是改善隔膜的親水性,提高隔膜與電解液的相容性,降低了電解槽的內阻。 苯環(huán)結構使PPS具有較大的剛性,而硫醚鍵(-S-)則提供了一定的柔順性。PPS本身具有良好的耐熱、阻燃、耐化性能,是一種前途無量的材料。近年來隨著5G和電動汽車的普及,改性PPS的應用正在不斷拓展,比如電池支架、蓋板、鋰電池隔膜、5G通訊設備、智能終端等等。
PPS目前主要通過纖維填充和合金兩種方式,來提升機械性能。除了常見的玻纖增強,目前碳纖維、芳綸纖維等填料也是逐漸“走紅”的改性體系。這個比較常見,不再過多贅述,展示一些具體的案例——除了纖維,合金共混也是另外一種行之有效的改性體系。其中不得不重點一提的,當屬PPS/彈性體體系。通俗來說,彈性體的改性原理相當于給材料套上一層“安全氣囊”:當共混物受沖擊時,彈性體粒子會首先發(fā)生形變,通過微孔和空穴來吸收沖擊能量;同時產生剪切屈服或產生銀紋,讓材料由脆性斷裂轉變?yōu)轫g性斷裂,提高韌性。隔膜的氣密性是至關重要的。
苯環(huán)結構使PPS具有較大的剛性,而硫醚鍵(-S-)則提供了一定的柔順性。根據(jù)不同的物理、化學特性,鋰電池隔膜材料可以分為:織造膜、非織造膜(無紡布)、微孔膜、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學性能、化學穩(wěn)定性和相對廉價的特點,因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰電池研究開發(fā)初期便被用作鋰電池隔膜。盡管近年來有研究用其他材料制備鋰電池隔膜,如采用相轉化法以聚偏氟乙烯(PVDF)為本體聚合物制備鋰電池隔膜,研究纖維素復合膜作為鋰電池隔膜材料等。然而,至今商品化鋰電池隔膜材料仍主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。 PPS/氧化鎂是比較主流的選擇,可讓材料導熱系數(shù)上升至1.61W/(m·K);而氮化物在制備和工藝上較為復雜,但導熱性能也更高。聚烯烴材料具有優(yōu)異的力學性能、化學穩(wěn)定性和相對廉價的特點。陜西電解槽PPS隔膜供貨商
此前常用的隔膜材料是聚烯烴,但聚烯烴材料的電解液浸潤性和熱穩(wěn)定性比較差,高溫下也容易產生收縮熔融。江蘇ppsPPS隔膜
表面涂覆的主要目的是改善隔膜的親水性,提高隔膜與電解液的相容性,降低了電解槽的內阻。未來幾年,由復合材料制成的導電、不熔膜、PPS改性膜等,由于使用領域更為廣闊,將成為PPS薄膜細分市場的主要發(fā)展重點。從區(qū)域上看,華東和華南是PPS薄膜市場的主要集中區(qū)域,這與PPS薄膜的下游集群分布有關。在PPS隔膜重,介電越低,損耗越少,5G高頻下更是如此PPS本身具有良好的耐熱、阻燃、耐化性能,是一種前途無量的材料。為防止陰、陽兩極產物混合,避免可能發(fā)生的有害反應,在電解槽中,基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。苯環(huán)結構使PPS具有較大的剛性,而硫醚鍵(-S-)則提供了一定的柔順性。目前主要做法是對PPS隔膜表面涂覆,制備復合隔膜。除了合金之外,低介電填料也是可行的方法之一。江蘇ppsPPS隔膜
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