扫描电镜在隔膜材料中的应用
时间:2024-10-25 阅读:97
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液几部分组成。锂离子通过电解液在正负极之间来回移动完成电池的充放电过程。其中隔膜在电池中主要起着防止正极与负极接触,阻隔充放电时电路中的电子通过,允许电解液中锂离子自由通过,从而实现离子传导的重要作用。
干法隔膜与湿法隔膜
图一:隔膜产业链示意图
湿法工艺又称为热致相分离法(TIPS),主要利用热致相分离原理生产单层PE 隔膜。湿法工艺的基本过程为:在高温下将聚合物溶于高沸点、低挥发性的溶剂中形成均相液,然后降温冷却,形成液固或液液相分离,再将其中的高沸点溶剂萃取,经过干燥、热处理等工序获得一定结构形状的高分子微孔膜。
图二:湿法隔膜生产工艺流程
从工艺环节来看,两种方式的主要区别在于成孔方式,干法工艺通过拉伸,而湿法通过溶剂萃取和相分离成孔。简单来说,是否需要溶剂也是两者最主要的差异。
图三:干法隔膜湿法隔膜的优缺点对比
扫描电镜下的隔膜形貌
图四:干法隔膜低电压下成像结果
尽管目前商用锂离子电池隔膜多以聚烯烃材料为主,但也存在许多缺陷。干法隔膜的缺点是该微孔膜生产过程中没有进行横向拉伸,使用时横向易开裂;批量生产的电池内部微短路机率相对较高;电池安全、可靠性不高。而湿法工艺需要大量的溶剂,易造成环境污染;与干法工艺相比设备复杂、投资较大、周期长、成本高、能耗大;因只能生产较薄的单层PE材质的膜,熔点只有130 ℃,热稳定性较差。
图五:聚烯烃基膜表面改性示意图
如下图六所示,利用赛默飞超高分辨场发射扫描电镜Apreo 2所拍摄的湿法隔膜表面和表面进行陶瓷涂覆改性的湿法隔膜。凭借镜筒内完善的“三位一体式”探测器系统,在低电压下清晰观察涂覆层中PVDF和陶瓷层的分布状态。
图六:湿法隔膜基膜(左)和表面陶瓷涂覆层(右)
赛默飞场发射扫描电镜Apreo 2
参考资料:
[1]刘天一,张汉鸿,杨禹.高耐热陶瓷涂覆锂离子电池隔膜研究进展[J].广东化工,2021.
[2]刘会会,柳邦威.锂电池隔膜生产技术现状与研究进展[J].绝缘材料,2014.
[3]郭旭青,杨璐,李振虎等.锂离子电池隔膜研究进展及市场现状[J].合成纤维,2022,
[4]高会普.高性能复合熔喷锂离子电池隔膜的研究[C].东华大学,2016.
[5]中泰证券研究所-公开资料-湿法隔膜专题报告.