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电池隔膜用非织造布技术 The Application of the Nonwoven in Lithium-Ion Battery Separator 在非织造布用途中, 电池隔膜是一个领导潮流的高附加值应用领域, 以聚丙烯为例, 其原料成本约1.2 万元/ t , 而将其加工成隔膜后, 其价值达到300万元/ t。电池隔膜是一个市场前景广阔的高新技术产品, 研究电池隔膜的制备及改性方法具有重要的实用意义。非织造布用作电池隔膜的典型电池是镍镉电池和镍氢电池, 这些电池主要用于笔记本电脑、手机和电动车等。 电池主要有正极、负极、电解液和隔膜4 个部分。其中电池隔膜是电池里面的重要组成部分, 它起着隔离阴阳极、吸收电解液并且让某些导电离子能够顺利通过以及让气体通过隔膜等作用。电池隔膜的质量直接影响到电池的充放电性能、电池的容量和使用寿命等。 隔膜的作用 阻隔正负极，同时具备微孔结构允许锂离子通过。 电池隔膜需满足条件 （1）隔断性要求：具有电子绝缘性，保证正、负极的有效隔离； （2）孔隙率要求：有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性； （3）化学和电稳定性要求：由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物，隔膜必须耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性； （4）浸润性要求：对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力； （5）力学强度要求：具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能小； （6）平整性要求：空间稳定性和平整性好； （7）安全性要求：热稳定性和自动关断保护性能好。 电池隔膜的生产工艺 目前市场上主流的锂电池隔膜生产工艺包括两种技术流派，即干法（熔融拉升工艺）和湿法（热致相分离工艺），其中干法工艺又可细分为干法单向拉伸工艺和干法双向拉伸工艺。两种方法都包括至少一个取向步骤使薄膜产生空隙并提高拉升强度。 干法制备工艺原理 干法的制备原理是先将高聚物原料熔融，之后高聚物熔体挤出时在拉伸应力下结晶，形成垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构，并经过热处理得到硬弹性材。具有硬弹性的聚合物膜经过拉伸环节之后发生片晶之间的分离而形成狭缝状微孔，再经过热定型制得微孔膜。 湿法制备工艺原理 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，导致溶液产生液－固相分离或液－液相分离，再选用挥发性试剂将高沸点溶剂萃取出来，经过干燥获得一定结构形状的分子微孔膜。 电池隔膜技术发展与产业衍生图谱 电池隔膜用非织造材料 湿法和熔喷法非织造布电池隔膜 湿法非织造布电池隔膜 熔喷非织造布电池隔膜 高性能纤维非织造布电池隔膜 混合膜制作的电池隔膜 聚合物纳米纤维复合隔膜 原纤化纳米纤维电池隔膜材料 高性能聚合物材料制作的电池隔膜 湿法非织造布电池隔膜 湿法非织造布使用的纤维原料主要是PE、PP、聚酰胺（PA）、PET、聚乙烯醇（PVA）和PVDF 等。选择100 % PVA 纤维原料，利用湿法工艺制得的锂离子电池隔膜，厚度57~198 μm，单位面积质量12.1~61.6 g/m2，超薄产品可以做到2~6 g/m2。 德国Feuderberg 公司开发的20 μm 薄型耐高温隔膜用非织造布产品，采用湿法成形和热风后处理工艺，纤维网的单丝直径3~4 μm，产品的耐热性能达230 ℃。 日本Vilence 公司开发的聚烯烃非织造布电池隔膜使用3 种纤维，即20 %的细旦PP 纤维，50 %的热黏合纤维，30 % 纤度1.3 dtex （直径3.5 μm）、模量90 N/dtex 的高模量PP 纤维，通过湿法成网方式制得单位面积质量40 g/m2，厚度0.10 mm 的隔膜材料。 国内华南理工大学制浆造纸工程实验室在锂离子电池隔膜的研究中，使用聚对苯二甲酰对苯胺（PPTA） 高原纤化浆粕和PET 短切纤维原料，采用湿法非织造布成形工艺，成功得到耐热性优于传统聚烯烃锂离子电池隔膜的系列产品。 熔喷非织造布电池隔膜 我国中科院生物能源与过程研究所以纤维素为原料，采用熔喷法和湿法非织造布耦合工艺制得生物基锂离子电池隔膜，该产品具有良好的热性和使用的安全性。2012 年开始年产能30万m2 的生产性试验。 日本Denso 公司开发的熔喷法非织造布电池隔膜，使用三菱化学提供的原料———4-甲基戊烯聚物，制得单丝直径为0.8~5.0 μm、单位面积质量9~30 g/m2 的电池隔膜。 混合膜制作的电池隔膜 杜邦公司开发的商品名为“Energain”的电池隔膜，用于高性能锂离子电池，该系列电池用在电动汽车以及诸如光敏电池等再生能源领域。 “Energain”隔膜源于杜邦的混合膜（HMT）技术，即采用独特的聚合物纺丝技术，成形的连续长丝于无黏结剂的条件下直接形成直径为亚微米级的纤维网，通