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鋰電池隔膜中常用的主體聚合物材料

時間:2019-04-11 23:17來源:海獵人
隔膜中常用的主體聚合物材料
  1. 聚締烴類聚合物
聚烯烴類聚合物,主要是聚丙烯和聚乙烯,因具有良好的機械強度、出色的 化學穩定性(耐酸堿腐蝕性、耐有機溶劑性)和高的電絕緣性能等優勢而被廣泛地用作隔膜的主體聚合物材料。聚丙烯和聚乙烯兩種聚合物材料的總體比較:①聚 丙烯相對更耐高溫,聚乙烯相對更耐低溫;②聚丙烯密度比聚乙烯;③聚丙烯 熔點和自閉孔溫度比聚乙烯高;④聚丙烯制品比聚乙烯脆;⑤聚乙烯對環境應力更敏感。
聚烯烴類隔膜存在耐熱溫度低(一般不超過150°C),受熱易收縮和易燃 等缺點,潛在的安全隱患正在凸顯,但卻是現階段綜合性能最好的鋰離子電池隔膜。聚乙烯隔膜產品主要由濕法工藝制得,聚丙烯隔膜產品主要由干法 工藝制得。
目前,鋰離子電池隔膜生產專用的PP樹脂主要依賴進口,國外的代表性 生產商有中國臺灣臺塑公司、韓國大林公司和日本旭化成公司。通過分析研究 (表2.4和表2.5)可以看出,鋰離子電池隔膜生產專用PP樹脂應具有高取向、低灰分、寬分子量分布等特點,同時應具有較強的抗熱氧化降解能力[22]。2015年, 中國石化集團公司初步實現國產隔膜專用PP樹脂的小批量生產。
表2.4鋰離子電池隔膜專用PP樹脂的分析對比122]
項目 韓國大林公司料 中國臺灣臺塑料 日本旭化成料
熔體流動速率/(g/10min) 3.0 2.8 2.7
等規指數/% 98.4 97.7 98.0
拉伸屈服強度/MPa 33.0 34.8 35.0
斷裂伸長率/% 490 420 508
灰分質量分數/% 0.0015 0.0190 0.0012
Ti質量分數/% 1.6XHT4 1.4 XHT4 1.0XKT4
A1質量分數/% 4.0 X10-4 1.9XHT4 3.0X10-4
玻璃化轉變溫度/°c 143 144 143
熔點/°c 167 164 165
密度/(kg/m3) 0.91 0.91 0.90
氧化誘導期/min 33.1 12.9 27.5
 
 

 
表2.5幾種鋰離子電池隔膜專用PP樹脂的基本物性數據[22]
樣品 Mn Mw MJMn 結晶溫度/°c 熔點/r 熔融焓/(J/g)
韓國大林 公司料 5.4 X104 4.48 X105 8.30 130.9 167 100.8
中國臺灣 臺塑料 5.8 X104 4.09 X105 7.05 120.4 164 106.1
日本旭化 成料 4.6 X104 4.04 X105 8.78 123.2 165 97.4
 
 
 

 
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)樹脂,是分子量150萬以上的無支鏈的線型 聚乙烯,近年來在電池隔膜領域備受關注。超高分子量聚乙烯隔膜具有很強的抗外力穿刺能力(能夠有效地降低電池短路率)、更好的耐熱性能(提高了閉孔溫度、 破膜溫度,熱收縮率低)和出色的耐腐蝕性能。以往國內濕法隔膜企業采用的超高分子量聚乙烯高端原料(隔膜專用級)主要依賴于進口,進口量達到1萬噸/年 (呈現迅猛增長的趨勢),導致其原料價格高達2萬元/噸以上,國外的代表性生產 商有泰科納GUR系列超商分子量聚乙烯和三井化學Hi-Zex Million系列超高分子 量聚乙烯。2017年,揚子石化研究院首次成功試生產了鋰離子電池隔膜用特高分子量聚乙烯新產品YEV-4500 (百噸級),填補了國內空白,這是我國高端聚烯烴 材料領域取得的重大突破。
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