锂电池隔膜生产工艺技术—干法和湿法

　　锂电池隔膜生产工艺技术—干法和湿法。锂电池隔膜生产工艺复杂，锂电池隔膜具有的诸多特性以及其性能指标的难以兼顾决定了其生产工艺技术壁垒高、研发难度大。根据微孔成孔机理的区别可以将隔膜工艺分为干法与湿法两种。

　　锂电池隔膜具有的诸多特性以及其性能指标的难以兼顾决定了其生产工艺技术壁垒高、研发难度大。隔膜生产工艺包括原材料配方和快速配方调整、微孔制备技术、成套设备自主设计等诸多工艺。其中，微孔制备技术是锂电池隔膜制备工艺的核心，根据微孔成孔机理的区别可以将隔膜工艺分为干法与湿法两种。

　　一、干法隔膜工艺

　　干法隔膜工艺是锂电池隔膜制备过程中最常采用的方法，该工艺是将高分子聚合物、添加剂等原料混合形成均匀熔体，挤出时在拉伸应力下形成片晶结构，热处理片晶结构获得硬弹性的聚合物薄膜，之后在一定的温度下拉伸形成狭缝状微孔，热定型后制得微孔膜。目前干法工艺主要包括干法单向拉伸和双向拉伸两种工艺。

　　干法单拉

　　干法单拉是使用流动性好、分子量低的聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）聚合物，利用硬弹性纤维的制造原理，先制备出高取向度、低结晶的聚烯烃铸片，低温拉伸形成银纹等微缺陷后，采用高温退火使缺陷拉开，进而获得孔径均一、单轴取向的微孔薄膜。

　　干法双拉

　　据了解，干法双拉工艺是中科院化学研究所开发的具有自主知识产权的工艺，也是中国特有的隔膜制造工艺。由于PP的β晶型为六方晶系，单晶成核、晶片排列疏松，拥有沿径向生长成发散式束状的片晶结构的同时不具有完整的球晶结构，在热和应力作用下会转变为更加致密和稳定的α晶，在吸收大量冲击能后将会在材料内部产生孔洞。该工艺通过在PP中加入具有成核作用的β晶型改性剂，利用PP不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔。

　　二、湿法隔膜工艺

　　湿法工艺是利用热致相分离的原理，将增塑剂与聚烯烃树脂混合，利用熔融混合物降温过程中发生固-液相或液-液相分离的现象，压制膜片，加热至接近熔点温度后拉伸使分子链取向一致，保温一定时间后用易挥发溶剂将增塑剂从薄膜中萃取出来，进而制得的相互贯通的亚微米尺寸微孔膜材料。

　　湿法工艺适合生产较薄的单层PE隔膜，是一种锂电池隔膜产品厚度均匀性更好、理化性能及力学性能更好的制备工艺。根据拉伸时取向是否同时，湿法工艺也可以分为湿法双向异步拉伸工艺以及双向同步拉伸工艺两种。

　　湿法同步拉伸工艺

　　湿法同步拉伸技术工艺流程与异步拉伸技术基本相同，只是拉伸时可在横、纵两个方向同时取向，免除了单独进行纵向拉伸的过程，增强了隔膜厚度均匀性。但同步拉伸存在的问题第一是车速慢，第二是可调性略差，只有横向拉伸比可调，纵向拉伸比则是固定的。

　　相比于干法隔膜，湿法隔膜在厚度均匀性、力学性能（拉伸强度、抗穿刺强度）、透气性能、理化性能（润湿性、化学稳定性、安全性）等材料性质方面均更为优良，有利于电解液的吸液保液并改善锂电池的充放电及循环能力，适合做高容量电池。从产品力的角度来说湿法隔膜综合性能强于干法隔膜。湿法涂覆是锂电池隔膜发展方向。

　　干、湿法锂电池隔膜工艺的主要步骤和原理

　　1、干法——先对聚烯烃树脂进行熔融、挤压和吹制操作，形成结晶性高分子薄膜，然后进行结晶化热处理和退火操作，获得高度取向的薄膜结构，然后在高温中拉伸，测试结晶截面分离，形成多孔结构电池隔膜。干法工艺中还可以分为单向拉伸和双向拉伸。

　　2、湿法——传统湿法制备以相转化法为主，近年以TIPS热致相分离法为主。原理为将结晶性聚合物、热塑性聚合物以及具有高沸点的小分子化学物稀释剂(比如石蜡油)进行混合，在高温下形成均相溶液，然后降低溶液温度，使混合物发生固液相分离或者液液分离，将小分子化学物稀释剂萃取脱除后，形成热塑性与结晶性聚合物的多孔隔膜。

　　湿法工艺的主要特点是成本高、投资大，对设备要求高，建设投产周期长，并且在生产过程中对能源消耗较大，且会使用有机溶剂。但是湿法工艺可以较好的控制孔径大小、分布和孔隙率，所以一般用于制造高端薄膜。

　　与国外企业相比，国内企业之前生产的隔膜主要以干法拉伸为主，且多为中低端产品，高端湿法隔膜多年来一直被国外企业所垄断。但是近年来随着国内隔膜生产企业在湿法生产工艺上的持续改进，湿法隔膜的产量和性能越来越接近国外企业水平，国内企业纷纷迅速扩产湿法隔膜，隔膜市场的格局也发生变化。

　　作为锂电池四大材料之一的隔膜，尽管并不参与电池中的电化学反应，但电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系。

　　隔膜是锂离子电池的重要组成部分,是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件。它位于电池内部正负极之间，保证锂离子通过的同时，阻碍电子传输。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高锂电池的综合性能具有重要的作用。