鉅大LARGE | 點擊量：8211次 | 2021年07月15日
鋰離子電池隔膜加工工藝技術—干法和濕法
鋰離子電池隔膜加工工藝技術—干法和濕法。鋰離子電池隔膜加工工藝復雜，鋰離子電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標的難以兼顧決定了其加工工藝技術壁壘高、研發難度大。依據微孔成孔機理的差別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。
鋰離子電池隔膜具有的諸多特性以及其性能指標的難以兼顧決定了其加工工藝技術壁壘高、研發難度大。隔膜加工工藝包括原材料配方和快速配方調整、微孔制備技術、成套設備自主設計等諸多工藝。其中，微孔制備技術是鋰離子電池隔膜制備工藝的核心，依據微孔成孔機理的差別可以將隔膜工藝分為干法與濕法兩種。
一、干法隔膜工藝
干法隔膜工藝是鋰離子電池隔膜制備過程中最常采用的辦法，該工藝是將高分子聚合物、添加劑等原料混合形成平均熔體，擠出時在拉伸應力下形成片晶結構，熱解決片晶結構獲得硬彈性的聚合物薄膜，之后在一定的溫度下拉伸形成狹縫狀微孔，熱定型后制得微孔膜。目前干法工藝重要包括干法單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。
干法單拉
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
干法單拉是使用流動性好、分子量低的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）聚合物，利用硬彈性纖維的制造原理，先制備出高取向度、低結晶的聚烯烴鑄片，低溫拉伸形成銀紋等微缺陷后，采用高溫退火使缺陷拉開，進而獲得孔徑均一、單軸取向的微孔薄膜。
干法雙拉
據了解，干法雙拉工藝是中科院化學研究所開發的具有自主知識產權的工藝，也是我國特有的隔膜制造工藝。由于PP的β晶型為六方晶系，單晶成核、晶片排列疏松，擁有沿徑向生長成發散式束狀的片晶結構的同時不具有完整的球晶結構，在熱和應力用途下會轉變為更加致密和穩定的α晶，在吸收大量沖擊能后將會在材料內部萌生孔洞。該工藝通過在PP中加入具有成核用途的β晶型改性劑，利用PP不同相態間密度的差異，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔。
二、濕法隔膜工藝
濕法工藝是利用熱致相分離的原理，將增塑劑與聚烯烴樹脂混合，利用熔融混合物降溫過程中發生固-液相或液-液相分離的現象，壓制膜片，加熱至接近熔點溫度后拉伸使分子鏈取向一致，保溫一按時間后用易揮發溶劑將增塑劑從薄膜中萃取出來，進而制得的相互貫通的亞微米尺寸微孔膜材料。
濕法工藝適合加工較薄的單層PE隔膜，是一種鋰離子電池隔膜產品厚度平均性更好、理化性能及力學性能更好的制備工藝。依據拉伸時取向是不是同時，濕法工藝也可以分為濕法雙向異步拉伸工藝以及雙向同步拉伸工藝兩種。
濕法同步拉伸工藝
濕法同步拉伸技術工藝流程與異步拉伸技術基本相同，只是拉伸時可在橫、縱兩個方向同時取向，免除了單獨進行縱向拉伸的過程，加強了隔膜厚度平均性。但同步拉伸存在的問題第一是車速慢，第二是可調性略差，惟有橫向拉伸比可調，縱向拉伸比則是固定的。
相比于干法隔膜，濕法隔膜在厚度平均性、力學性能（拉伸強度、抗穿刺強度）、透氣性能、理化性能（潤濕性、化學穩定性、安全性）等材料性質方面均更為優良，有利于電解液的吸液保液并改善鋰離子電池的充放電及循環能力，適合做高容量電池。從產品力的角度來說濕法隔膜綜合性能強于干法隔膜。濕法涂覆是鋰離子電池隔膜發展方向。
干、濕法鋰離子電池隔膜工藝的重要步驟和原理
1、干法——先對聚烯烴樹脂進行熔融、擠壓和吹制操作，形成結晶性高分子薄膜，然后進行結晶化熱解決和退火操作，獲得高度取向的薄膜結構，然后在高溫中拉伸，探測結晶截面分離，形成多孔結構電池隔膜。干法工藝中還可以分為單向拉伸和雙向拉伸。
2、濕法——傳統濕法制備以相轉化法為主，近年以TIPS熱致相分離法為主。原理為將結晶性聚合物、熱塑性聚合物以及具有高沸點的小分子化學物稀釋劑(比如石蠟油)進行混合，在高溫下形成均相溶液，然后降低溶液溫度，使混合物發生固液相分離或者液液分離，將小分子化學物稀釋劑萃取脫除后，形成熱塑性與結晶性聚合物的多孔隔膜。
濕法工藝的重要特點是成本高、投資大，對設備要求高，建設投產周期長，并且在加工過程中對能源消耗較大，且會使用有機溶劑。但是濕法工藝可以較好的控制孔徑大小、分布和孔隙率，所以一般用于制造高端薄膜。
與國外公司相比，國內公司之前加工的隔膜重要以干法拉伸為主，且多為中低端產品，高端濕法隔膜多年來一直被國外公司所壟斷。但是近年來隨著國內隔膜加工公司在濕法加工工藝上的繼續改進，濕法隔膜的產量和性能越來越接近國外公司水平，國內公司紛紛迅速擴產濕法隔膜，隔膜市場的格局也發生變化。
作為鋰離子電池四大材料之一的隔膜，盡管并不參與電池中的電化學反應，但電池的容量、循環性能和充放電電流密度等關鍵性能都與隔膜有著筆直的關系。
隔膜是鋰離子電池的緊要組成部分,是支撐鋰離子電池完成充放電電化學過程的緊要構件。它位于電池內部正負極之間，保證鋰離子通過的同時，妨礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，筆直影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高鋰離子電池的綜合性能具有緊要的用途。
