天津津騰實驗設備有限公司
1鋰離子電池用微孔膜
1.1鋰離子電池的發展狀況
1.1.1國外發展狀況
自1994 年bellcore公司開發塑料鋰離子電池技術以來，目前世界上已有近 30 家公司已經進行或正在準備批量生產該類電池。其中主要的生產商有：托馬斯貝特公司所屬的通訊設備公司（TDI）。該公司位于美國芝加哥，在墨西哥和蘇格蘭有生產線，同時計劃在歐洲和亞洲開辟新的生產線；鋰技術公司，該公司和中國浙江的橫店集團合資生產固態鋰離子電池；莫爾技術公司（moltech）；日本松下工業公司（已宣稱實現批量生產）；日本日立萬盛（maxwell）；日本 GS公司；薩福特公司（SAFT）；美國三洋能量公司（SANYO）；索尼電子公司（SONY）；美國 Ultralife公司，該公司為三菱超薄筆記本電腦配薄固態鋰離子電池；valence technolony公司，該公司在韓國合資批量生產固態鋰離子電池；馬來西亞shubila公司，該公司為三星電子產品提供電池。
1997 年，全球鋰離子電池產量為1.8億只，合15.4億人民幣，分別是1995年 5.5倍和5.7倍；全球1998年鋰電池市場為2.8億只，2000年達到6.5億只，2005年將達到12 億只。中國到1997年末手機總數已超過1200萬部，1998年底突破2400萬部，成為世界第三大手機擁有國。1997年中國筆記本電腦銷售15萬臺，這標志著中國二級市場容量可觀。
1.1.2 國內發展狀況
我國鋰離子電池的發展大有潛力，因為我國在湖南、廣西等地有大量的錳礦藏，西藏、新疆等地有較豐富的鋰礦藏。我國擁有一批開發和制造能力強的科研單位、大型企業，它們能在短時間內開發和制造人工石墨、鋰金屬氧化物、高分子聚合物、無機納米材料，并且現在已經有多家單位在開發并生產鋰離子電池材料，如北京有色金屬研究院、中科院、清華大學、天津電源研究所等，已取得一定成就。近期陜西中孚公司投資700萬元生產電解質用 LiPF6鹽，以實現鋰離子電池生產用的電解質國產化。廈門寶龍工業有限公司也與電池材料生產企業合作進行材料試驗。國內鋰離子電池生產企業正在利用國產電池材料大規模研究、開發和生產鋰離子電池。
1.2鋰離子電池的結構
目前生產的鋰離子電池主要是圓筒卷式結構，如圖1 所示。它的負板采用碳材料，正極是嵌鋰的金屬氧化物，電解質溶液是由無機鹽LiPF6或LICLO; 溶解于有機溶劑所組成。隔膜采用厚度為0.01mm以下的微孔聚丙烯薄膜或經特殊處理的低密度聚乙烯膜。
微孔隔膜的機理是：由于隔離層中的微孔比兩個電極中的微孔小，所以，電液首先被隔膜所吸收，然后再潤濕電極?？刂萍尤氲碾娨毫靠梢愿淖冸姌O的干濕狀況，使電極具有一定的薄液層，而又有一定的氣孔。這種電極結構控制困難，電液過多過少或兩個氣體電極的氣室壓力不平衡，都有可能造成電極“淹死”或“干涸”。
1.3 鋰離子電池的特點
鋰離子電池是在研究鋰二次電池的基礎上發展起來的。由于鋰電池在充電時鋰枝晶的出現，易刺破造成隔膜引起電池短路，出現電池爆炸等安全問題，長期困擾鋰二次電池的研究進展。采用嵌鋰的化合物作電極后，電池在充放過程中僅僅靠鋰離子在兩極之間的轉移，避免了鋰枝晶的出現，使安全問題、循環壽命短的問題得到基本解決。
鋰離子電池有以下優點：
（1）開路電壓高，單體電池電壓高達3.6v-3.8v；
（2）比能量大，目前實際比能量已達到100w.h/kg-115w.h/kg 和 240w.h/kg-253w.h/l，是鎘9鎳蓄電池的2倍，是氫-鎳電池的1.5倍，預計鋰離子電池的比能量可達 150w.h/kg-4000w.h/l；
（$）循環壽命長，可達1000次以上；
（(）安全性好，無公害，無記憶效應；
自放電小。
鋰離子電池也存在一些缺點：
（!）過充放電的保護問題，特別是過充電時，如果電壓過高，有可能造成正極結構的破壞，影響電池的性能和壽命。
（#）電池成本較高。
（$）不能大電流放電。由于電池采取有機電解質體系，電池內阻較大，只適于中小電流的用電器使用。
#/( 鋰離子電池用隔膜
#/(/! 隔膜分類
［)］
制造隔膜的材料有天然或合成的高分子材料、無機材料等。根據原料特點和加工方法不同，可將隔膜分成有機材料隔膜、編織隔膜、氈狀膜、隔膜紙和陶瓷隔膜等。電池用隔膜的分類如圖 # 所示，從圖 # 可見，隔膜可分為半透膜與微孔膜兩大類。半透膜的孔徑一
般為 ) " !..:;，微孔膜的孔徑在 !. ! ; 以上，甚至到幾百微米。最新資料顯示［*］
，美國已研制成功 <&=< 氟電池隔膜，用于軍事領域的鋰離子高能電池中。
#/(/# 隔膜的作用和性能
［+］
隔膜位于正極和負極之間，起著如下作用：
（!）防止正極、負極活性物質相互接觸，產生短路；
（#）在電化學反應時，保持必要的電解液，形成離子移動的通道。
在實際應用中，隔膜材料還必須具有以下條件：
（!）非電子導體；
（#）在電池體系內，化學穩定性好；
（$）機械強度大，使用壽命長。
作為鋰離子電池的隔膜，由于所用電解質為有機溶劑，誤用時容易起火，與水溶液體系不同，安全問題擺在第一位，要求具有以下性能。
（!）化學穩定性：所用材料能耐有機溶劑。
（#）機械強度：薄膜化和電池組裝工藝過程，為防止短路，要求機械強度大。
（$）膜的厚度：有機電解液的離子電導率比水溶液體系低，為了減少電阻，電極面積必須盡可能大，因此隔膜必須很薄。
（(）遮斷電流：當電池體系發生異常時，溫度升高，為防止產生危險，在快速產熱溫度（!#.> 2 !(.>）開始時，熱塑性隔膜發生熔融，微孔關閉，變為絕緣體，防止電解質通過，從而達到遮斷電流的目的。
（)）保持電解液：從電池的角度而言，要能被有機電解液充分浸漬，而且在反復充放電過程中能保持高度浸漬。%&’&( 隔膜的性能評價
表征隔膜物理性質的參數如下：
（)）厚度：現在要求隔膜的厚度一般為 %* ! +，單層隔膜可能達到的厚度為 , - ’. ! +。要求比較厚的隔膜可以采用多層或者與無紡布層疊的方法制造。
（%）透氣度：隔膜的透氣度是指在一定條件下（壓力、測定面積）一定量空氣通過隔膜所需要的時間。隔膜的厚度、結構、孔率、孔的大小等，都會對電池性能產生影響。
（(）電性能：隔膜的絕緣性能可以用絕緣耐壓性來評價。
（’）機械強度：機械強度有兩個參數，一個是隔膜在長度方向以及垂直方向的拉伸強度，另一個是在厚度方向上的穿刺強度。
%&’&’ 隔膜材料的制造技術鋰離子電池用的通用隔膜是多孔性聚烯烴材料。
因此，薄膜成形與多孔化是制造的關鍵技術。表 ) 列出幾種多孔化技術，其中，隔膜成形加工的相分離法和
延伸法已經實用化。
將高分子化合物與溶劑混合加熱熔融形成均一溶液，經冷卻固化后有可能形成亞穩態的兩相溶液，再經過液液分離結晶成膜，脫除溶劑。
%&’&’&% 延伸造孔法（干法）
延伸法的制造流程如下：
高度定向結晶結構的高聚物在 / 軸方向上延伸，晶體晶面間發生剝離，形成多孔結構。工業上，將熔融聚合物從模頭中擠出，高拉伸比（拉伸速度0擠出速度）使之薄膜化，經熱處理形成高度有序的結晶結構，然后低溫延伸再高溫延伸，結晶晶面發生剝離，層狀片晶間隙形成微孔。干法同樣也是采用聚烯烴熔融樹脂結晶性高分子，經熔融擠出吹塑成膜。結晶化處理所得到的這種物質，再通過低溫延伸形成原始微孔，再繼續高溫拉伸形成微孔。有結晶性的聚烯烴等都采用這種方法。聚乙烯和聚丙烯等都可以通過這種方法制成微孔隔膜。多孔結構隨高聚物的結晶性不同而不同，一般在延伸方向上，形成長圓孔而在厚度方向形成連通的結構，而且由于單軸一維延伸使膜的物理性質有各向異性。這種工藝方法沒有溶劑去除過程，比相分離法簡單，但孔結構的選擇形式狹窄。
!"# 鋰離子電池的應用
固態鋰離子電池是一種新型高能化學電源，它的優越性正逐步被人們認識，它的應用領域也在逐漸擴大，在我國化學電源行業中鋰離子電池具有廣闊的應用發展前景。
作為高能移動電源，主要有以下用途：
（$）便攜式電子產品，如：小型電動工具、游戲機、照像機、攝像機、%& 及 ’%&、(& 機、復印)掃描器、掌上電腦、筆記本電腦、單詞處理機、手提終端機、便利航行設備、小型 %*+、玩具、小型醫療保健設備。
（!）通信產品如：*,-)*%- （個人通信系統）、手提電話、無繩電話、衛星電話、應急通信設備、本地無線環網。
（.）軍事產品。
（/）航天、航空、航海設備。
（#）電動汽車、摩托車、自行車。
. 結束語
回顧隔膜的發展可以得出以下幾點：
（$）電池的發展是隔膜前進的動力，隔膜性能的改進和提高，又促進電池進步，兩者相互促進，共同進步。
（!）新隔膜的出現，都是建立在當時化工新材料和加工技術基礎上的。
（.）電池對隔膜的要求是逐步明確的，并隨電池發展而發展。
（/）對電池隔膜的要求包括：材料要求耐氧化和浸蝕；同時要求親水；孔隙率要求盡可能的大，至少 #01以上；最大孔徑在 $ ! 2 左右；電阻愈小愈好；強度也要求高。
盡管我國的鋰離子電池已有一定發展，但大多還依賴進口，國內尚未形成規?；a。如何開發我國巨大的鋰離子電池和隔膜材料市場，是我國電池和塑料行業急待解決的問題。
