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Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedPreparedBy:LZhangApprovedby:PeterZhangProjectDeptDate:2/9/2020PreparationandPropertiesofSeparatorinPolymerLi-ionBatterySurpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedCONTENT1、隔离膜的作用2、隔离膜应该具有的特性3、隔离膜的特殊要求4、隔离膜的表征5、压汞分析仪原理和结果分析6、不同类型隔离膜PoreDistribution,Porosity-Poresize对比7、隔离膜的拉伸和收缩性8、隔离膜的制备Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited1、隔离膜的作用隔离膜的主要作用是是电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还有能使电解质离子通过的功能，吸附电池中电化学反应所必须的电解液，确保高的离子电导率。隔离膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同。采用的隔离膜也不同。对于锂离子电池而言，由于电解液为有机溶剂体系，由于电解液为有机溶剂体系，所以需要耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimiteda)电绝缘性能好；b)对电解质离子有很好的透过性，电阻率低；c)对电解质具有化学稳定性和电化学稳定性；d)对电解质湿润性好；e)具有一定的机械强度，厚度尽可能小；隔离膜的性能主要外观、厚度、电阻，紧度（致密程度），干态及湿态抗拉强度、孔率、孔径、吸液率、吸液速率、保持电解液能力、耐电解液腐蚀能力、胀缩率等2、隔离膜应该具有的特性Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited锂电池由于采用有有机溶剂的非水电解液，电解液的电导率比水溶液体系低2个数量级。因此，隔离膜还有特殊要求：a)隔离膜不与有机溶剂发生反应；b)隔离膜在电池中占体积小，易于实现薄膜化；c)隔离膜拉伸强度和穿刺强度高；d)孔率高，一般孔率应该为30％-70％；孔径一般为0.03-0.05mm；e)电流切断功能（Shutdown）好，即有大电流通过电池或电池外部短路时，隔膜微孔闭塞，切断电流回路，防止电池反应失控。一般要求隔离膜的闭孔温度（Shutdown）低于隔离膜的熔融温度（Meltdown）。3、隔离膜的特殊要求Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited4、隔离膜的表征隔离膜的表征有很多方法，现在ATL常用的主要有SEM，孔隙率，孔径分布等。以下为CD16隔离膜在不同条件下的SEM图片:Noextraction（treated）经过处理和没有处理的隔离膜在形貌方面是有很大差别的，处理过的隔离膜有很多大的孔隙，比较有利于电解液的吸收和通过，没有处理的隔离膜则不然，需要放大到50000倍才能观察到一些长而窄的孔。Noextraction（untreated）Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedNoextraction（treated）Extracted（treated）Extracted、85℃/12hVacuumbaking（treated）Extracted、95℃/4hVacuumbaking（treated）CD16隔离膜Extracted、110℃/4hVacuumbaking（treated）Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedNoextraction（treated）Extracted（treated）Extracted、85℃/12hVacuumbaking（treated）Extracted、95℃/4hVacuumbaking（treated）CD16隔离膜ThemagnifiedSEMimagesofSeparatorExtracted、110℃/4hVacuumbaking（treated）Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited5、压汞分析仪原理和结果分析压汞分析是分析物体孔隙及孔径分布的测试仪器，同气体吸附分析的原理完全不同的，使用较高表面张力和高接触角的汞作渗入剂。它利用外力对物体施加压力，将水银压入物体空隙之间，然后通过测量压入的水银体积来计算待测物体的孔容及孔径分布，其理论依据是Washburn方程。Pr=-2σcosθ计算可得P=0.736/r式中：P-压力r-孔隙半径σ-水银的表面张力480dyne/cm(4.8*10-3N/cm)θ-水银的接触角140°Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedPoredistribution00.40.81.21.60.010.1110100Porediameter(um)Dv/D(logd)(cc/um-g)CD16-1CD16-2CD16-3CD16-4NO.PretreatmentconditionDensity(g/cc)Porevolume(cc/g)Porosity(vol%)CD16-1Afterextraction0.76760.311323.9CD16-285℃/12Hbaking0.61760.550634.0CD16-395℃/4Hbaking0.59860.558433.4CD16-4110℃/4Hbaking0.59470.623837.1PorosityvsPoresize0102030400.010.1110100Porediameter(um)Porosity(cc%)CD16-1CD16-2CD16-3CD16-4Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited总结：对比以上SEM图片，PoreDistribution，Porosity-Poresize可以得到如下结论：1、同样处理过的CD16隔离膜，萃取过的比没有萃取过的微孔数量更多；2、随着隔离膜处理温度的升高，孔的数量增加，孔径的变化不大，但是基材变得脆弱，局部有一些团状物聚集；3、随着隔离膜处理温度的升高，孔隙率增加，隔离膜密度减小；孔的体积增大；Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited6、不同类型隔离膜PoreDistribution,Porosity-Poresize对比分析：CD25隔离膜的孔隙率是最大的，ATL隔离膜次之，CD16隔膜最小；CD25隔离膜中直径1.2～1.3微米的孔是最多的，ATL隔离膜中0.09～0.1微米直径的孔数量较多；ATL隔离膜的孔是最小的。Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedMD:MachineDirectionTD:TransverseDirectionMDTDMDTDCD257、隔离膜的拉伸和收缩性Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited隔离膜MD和TD方向收缩率对比TreatedConditionsTDoffset%MDOffset%85℃12h-0.23%-4.48%95℃4h-0.36%-3.73%110℃4h-0.57%-7.47%TD方向容易拉伸,但不易收缩；MD方向不容易拉伸，但是容易收缩一般要求电芯的长度方向为不易拉伸方向，即MD方向；但是为了提高隔离膜的利用率；一些电芯的长度方向也采用TD方向。MD方向比TD方向更易发生收缩，故在设计电芯时应该考虑到这一点，注意隔离膜的长度和宽度设计。Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited8、隔离膜的制备锂离子电池所用的隔离膜是多孔性聚烯烃材料，因此薄膜成型和多孔化是制造的关键技术。多孔体发泡法化学发泡物理发泡添加能分解产生气体的发泡添加剂；在聚合物中溶解过量的挥发性气体后气化；抽出法相分离方法混合物方法高温融合成型后发生相分离，将其中一部分抽出；不相溶成分混合成型后将其中一部分抽出；延伸法单聚体填充剂混合物聚合物晶界界面剥离；聚合物和填充剂界面分离；不相溶聚合物间界面剥离；压出1、相分离法（湿法）高分子溶液聚合物溶剂（添加剂）混合加热薄膜化、微相分离（结晶化）脱溶剂延伸（多孔形成）延伸提取Melt(polymer+气孔形成剂等)Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited压出延伸(MD/TD)提取热固定湿法制程Surpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimited2、延伸造孔法（干法）高分子溶液聚合物溶剂（添加剂）薄膜化（定向结晶化）延伸（多孔形成）热处理（重结晶，高延展层）PoreenlargementMDMeltstatesheetingcoolingannealingCrystal+AmorphousCrystalperfectioncoldstretchingPoreformationdrawinghotstretchingMDT-dieMeltpolymerExtrusionPolymerchainarrangementMDSurpassingcustomer’sexpectationAmperexTechnologyLimitedThanks