锂电池隔膜中常用的主体聚合物材料

隔膜中常用的主体聚合物材料

聚缔烃类聚合物

聚烯烃类聚合物，主要是聚丙烯和聚乙烯，因具有良好的机械强度、出色的化学稳定性（耐酸碱腐蚀性、耐有机溶剂性）和高的电绝缘性能等优势而被广泛地用作隔膜的主体聚合物材料。聚丙烯和聚乙烯两种聚合物材料的总体比较：①聚丙烯相对更耐高温，聚乙烯相对更耐低温；②聚丙烯密度比聚乙烯小；③聚丙烯熔点和自闭孔温度比聚乙烯高；④聚丙烯制品比聚乙烯脆；⑤聚乙烯对环境应力更敏感。
聚烯烃类隔膜存在耐热温度低（一般不超过150°C),受热易收缩和易燃等缺点，潜在的安全隐患正在凸显，但却是现阶段综合性能最好的锂离子电池隔膜。聚乙烯隔膜产品主要由湿法工艺制得，聚丙烯隔膜产品主要由干法工艺制得。
目前，锂离子电池隔膜生产专用的PP树脂主要依赖进口，国外的代表性生产商有中国台湾台塑公司、韩国大林公司和日本旭化成公司。通过分析研究 (表2.4和表2.5)可以看出，锂离子电池隔膜生产专用PP树脂应具有高取向、低灰分、宽分子量分布等特点，同时应具有较强的抗热氧化降解能力^[22]。2015年, 中国石化集团公司初步实现国产隔膜专用PP树脂的小批量生产。

表2.4锂离子电池隔膜专用PP树脂的分析对比1^22]

项目	韩国大林公司料	中国台湾台塑料	日本旭化成料
熔体流动速率/(g/10min)	3.0	2.8	2.7
等规指数/%	98.4	97.7	98.0
拉伸屈服强度/MPa	33.0	34.8	35.0
断裂伸长率/%	490	420	508
灰分质量分数/%	0.0015	0.0190	0.0012
Ti质量分数/%	1.6XHT⁴	1.4 XHT⁴	1.0XKT⁴
A1质量分数/%	4.0 X10^-4	1.9XHT⁴	3.0X10^-4
玻璃化转变温度/°c	143	144	143
熔点/°c	167	164	165
密度/(kg/m³)	0.91	0.91	0.90
氧化诱导期/min	33.1	12.9	27.5

表2.5几种锂离子电池隔膜专用PP树脂的基本物性数据^[22]

样品	M_n	M_w	MJM_n	结晶温度/°c	熔点/r	熔融焓/(J/g)
韩国大林公司料	5.4 X10⁴	4.48 X10⁵	8.30	130.9	167	100.8
中国台湾台塑料	5.8 X10⁴	4.09 X10⁵	7.05	120.4	164	106.1
日本旭化成料	4.6 X10⁴	4.04 X10⁵	8.78	123.2	165	97.4

超高分子量聚乙烯（UHMWPE)树脂，是分子量150万以上的无支链的线型聚乙烯，近年来在电池隔膜领域备受关注。超高分子量聚乙烯隔膜具有很强的抗外力穿刺能力（能够有效地降低电池短路率)、更好的耐热性能（提高了闭孔温度、破膜温度，热收缩率低）和出色的耐腐蚀性能。以往国内湿法隔膜企业采用的超高分子量聚乙烯高端原料（隔膜专用级）主要依赖于进口，进口量达到1万吨/年 (呈现迅猛增长的趋势)，导致其原料价格高达2万元/吨以上，国外的代表性生产商有泰科纳GUR系列超商分子量聚乙烯和三井化学Hi-Zex Million系列超高分子量聚乙烯。2017年，扬子石化研究院首次成功试生产了锂离子电池隔膜用特高分子量聚乙烯新产品YEV-4500 (百吨级），填补了国内空白，这是我国高端聚烯烃材料领域取得的重大突破。

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