Acerca de los materiales del diafragma de la celda de potencia

Debido a los problemas internacionales cada vez más importantes, como la crisis energética y la contaminación ambiental, los vehículos de nueva energía se han convertido en un proyecto activo de desarrollo y promoción en varios países del mundo. Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en vehículos de nueva energía como baterías de almacenamiento de energía relativamente buenas.

Las baterías de iones de litio se componen principalmente de materiales de electrodos positivos, materiales de electrodos negativos, membranas y electrolitos. El diafragma es una de las cuatro materias primas clave para las baterías de iones de litio. El diafragma actúa como un aislamiento electrónico, evitando el contacto directo entre los polos positivo y negativo. Permita el paso libre de iones de litio en el electrolito. Al mismo tiempo, el diafragma también juega un papel crucial para garantizar el funcionamiento seguro de la batería. Las ventajas y desventajas del rendimiento del diafragma afectan directamente la resistencia interna, la capacidad de descarga, la vida útil de reciclaje y el rendimiento de seguridad de la batería. El diafragma de la batería de litio es la barrera técnica más alta entre los cuatro materiales principales. Su relación de costo es superada solo por la de los materiales positivos, que es de alrededor del 10% al 14%. En algunas baterías de gama alta, el costo del diafragma representa incluso el 20%.

En la actualidad, el diafragma de batería de litio comercializado en el mercado es principalmente una membrana de poliolefina microporosa dominada por polietileno (PE) y polipropileno (PP). Este tipo de diafragma se usa ampliamente en el diafragma de batería de litio debido a su bajo costo, buenas propiedades mecánicas, excelente estabilidad química y estabilidad electroquímica. Las aplicaciones prácticas incluyen un diafragma de PP o PE de una sola capa, un diafragma de compuesto de PE / PP de doble capa y un diafragma de compuesto de PP / PE / PP de tres capas.

El método de preparación del diafragma de batería de iones de litio se divide principalmente en dos categorías: seco y húmedo. El método seco consiste en fundir, exprimir y soplar la resina de poliolefina en una película de polímero cristalino. Después de la cristalización y el recocido, se obtiene una estructura multicapa altamente orientada, y la superficie del cristal se estira más a alta temperatura, y la superficie del cristal se quita para formar una estructura porosa. Se puede aumentar la apertura de la película. El método húmedo, también conocido como separación de fases o separación térmica de fases, mezcla hidrocarburos líquidos o sustancias de pequeño peso molecular con resinas de poliolefina, calienta y funde para formar una mezcla uniforme y luego enfría para separar las fases para suprimir el diafragma. Calentar hasta cerca de la temperatura del punto de fusión, el estiramiento bidireccional conduce a la orientación de la cadena molecular y finalmente mantiene el calor durante un cierto período de tiempo. El disolvente del residuo se lava con sustancias volátiles para preparar una membrana microporosa que se atraviesa.

El proceso seco es relativamente simple, pero la apertura y la porosidad son difíciles de controlar y el producto es difícil de diluir; La apertura de la película de proceso húmedo es pequeña y uniforme, película delgada, pero la inversión es grande y el proceso es complejo; Las baterías de iones de litio necesarias para vehículos de nueva energía a menudo requieren baterías con mayor capacidad, voltaje más alto, rendimiento de ciclo más largo, rendimiento de seguridad más alto, salida estable a largo plazo de rendimiento uniforme y la provisión de aceleración instantánea de rendimiento de descarga de gran potencia para carros. Por lo tanto, se requiere que el diafragma tenga alta porosidad, buena infiltración, alta resistencia, buena estabilidad dimensional térmica, temperatura adecuada de cierre térmico y alta temperatura de fusión térmica; Debido a su alta porosidad, alta resistencia y baja temperatura de cierre, el diafragma húmedo se ha convertido gradualmente en la corriente principal en las celdas de potencia.

En la actualidad, los diafragmas domésticos se utilizan principalmente en los mercados de gama media y baja. El mercado nacional de separadores de baterías de litio de alta gama está ocupado principalmente por fabricantes importados como Asahi Kasei de Japón, Toho Chemical de Japón, UBE de Japón, W-Scope de Corea y Celgard de los Estados Unidos.

La brecha entre los productos de diafragma nacionales y los países extranjeros se debe a que una gran parte de las materias primas, los fabricantes extranjeros de diafragmas conocidos tienen sus propios materiales especiales, ya sea para producir materias primas o para desarrollar conjuntamente materiales especiales de diafragmas con fabricantes de materias primas; El diafragma de poliolefina requiere principalmente propiedades mecánicas, solubilidad, dispersión, limpieza, etc. de las materias primas. El sustrato utilizado para la producción de diafragmas pertenece al material especial de poliolefina con un peso molecular relativamente alto. En la actualidad, los materiales importados siguen ocupando una gran parte. El uso de materiales nacionales es bajo.

Ticona de Celanese ha introducido polietileno de peso molecular ultra alto para la producción de diafragmas de litio con alta resistencia a la tracción, inercia química y bajo flujo de fusión. La especificación del producto tiene un peso molecular de 50 a 100 millones y se puede personalizar de acuerdo con los requisitos del cliente.

ExxonMobil Chemical Co., Ltd. es un material de diafragma especial hecho a medida para la química de combustión del Este. Con la tecnología de la química de combustión del Este en sí, el diafragma resultante puede mejorar efectivamente la seguridad y confiabilidad de las baterías de litio. Lyondellbasell, el gigante químico internacional, también se ha introducido con éxito en China, incluido GX5028 para HDPE de proceso húmedo y E4462 para PP de proceso seco.

Las empresas petroquímicas de China también han logrado muchos logros en la investigación, el desarrollo y la producción de materiales especiales de poliolefina. En agosto de 2010, el PPH-F02-H, un material de polipropileno especial desarrollado independientemente por Yangzi Petrochemical Company, logró con éxito la producción industrial. En abril de 2011, China Petroleum Lanzhou Petrochemical Company también logró con éxito la producción de L402, un material especial para diafragma de batería de litio. En julio de 2012, Luoyang Petrochemical Polypropylene Company llevó a cabo una producción de prueba del material especial de diafragma de batería de litio recientemente desarrollado F301L, y los principales indicadores de rendimiento técnico del producto alcanzaron la demanda de los usuarios. En septiembre de 2012, Huajin en el norte mejoró el material del diafragma de litio de la marca de polipropileno F401 y pasó la prueba de rendimiento de producción y aplicación del diafragma de litio.

Lo que es aún más sorprendente es que el 27 de mayo de 2017, Yangzi Petrochemical probó y produjo con éxito el nuevo YEV-4500, un producto de polietileno de peso polimérico especial para diafragma de batería de iones de litio, y recientemente comenzó a comercializarse oficialmente. Este nuevo producto llena el vacío doméstico. Rompiendo el monopolio de los productos importados, es otro gran avance realizado por Yangzi Petrochemical en el campo de poliolefinas de alta gama.

Debido a su excelente rendimiento, el UHMWPE puede mejorar la integridad de fusión a alta temperatura (HTMI) de la membrana y aumentar significativamente la temperatura de rotura de la membrana. HTMI es esencial para mejorar la seguridad de los vehículos híbridos enchufables; Al mismo tiempo, también le dará al diafragma una mayor resistencia a la perforación, mayor porosidad y resistencia mecánica. Es una materia prima ideal para la fabricación de diafragmas de baterías de litio de alta gama.

En resumen, la revolución aún no ha tenido éxito. Los camaradas todavía necesitan trabajar duro. Creemos que con los esfuerzos concertados de las empresas nacionales de upstream y downstream, la situación actual en esta industria pronto se romperá.

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