动力电池隔膜设计与制备技术

目录
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 隔膜及其重要性 2
1.1.1 在锂离子电池中的作用 2
1.1.2 隔膜对电池性能的影响 3
1.2 扫描电子显微镜下看隔膜 3
1.2.1 隔膜的结构特点 3
1.2.2 奇妙的微孔 4
1.2.3 锂离子在正负极之间的迁移 4
1.3 隔膜设计与制造中的智慧 9
1.3.1 理想的制膜材料 10
1.3.2 造孔的艺术 10
1.3.3 规模化制膜工艺和面临的困境 14
1.4 高技术是隔膜制造业的标签 14
1.4.1 工艺是制膜的灵魂 14
1.4.2 高水平的设备 14
1.5 隔膜制造业的发展历程 15
1.5.1 国外产业的发展 15
1.5.2 国内产业的发展 15
1.6 下一代的隔膜 16
参考文献 16
第2章 隔膜的特性指标 18
2.1 技术指标 19
2.2 核心指标 23
2.3 隔膜指标差异对电池性能的影响 24
2.3.1 安全性指标 25
2.3.2 孔隙率和吸液率 26
2.4 隔膜的测试 27
2.4.1 厚度 27
2.4.2 孔隙率 28
2.4.3 隔膜与电解液的浸润性 30
2.4.4 透气性 31
2.4.5 热收缩率 31
2.4.6 水分残留量 32
2.4.7 拉伸强度 32
2.4.8 穿刺强度 33
2.4.9 离子电导率 33
2.4.10 电化学窗口 34
参考文献 35
第3章 锂离子电池中的隔膜 36
3.1 锂离子电池和隔膜发展的重要机遇期 37
3.2 锂离子电池中的隔膜 38
3.2.1 锂离子电池隔膜对材料的基本要求 39
3.2.2 锂离子电池隔膜的基本功能特性 39
3.2.3 关于隔膜的“Shutdown”功能 40
3.3 制膜材料的性能 41
3.3.1 材料的介电强度 41
3.3.2 不同材料及制膜方法对离子电导率的影响 41
3.3.3 孔结构对离子电导率的影响 42
3.3.4 孔隙率与孔径分布 43
3.4 不同材料体系的隔膜 44
3.4.1 聚丙烯隔膜 44
3.4.2 聚乙烯隔膜 44
3.4.3 PET基隔膜 45
3.4.4 聚偏氟乙烯及其共聚物隔膜 46
3.4.5 聚酰亚胺隔膜 54
3.4.6 其他材料的隔膜 56
3.4.7 凝胶隔膜 57
3.5 制膜工艺方法 57
3.5.1 PP的干法制膜 58
3.5.2 PE的湿法制膜 58
3.5.3 布鲁克纳的半干法制膜 59
3.5.4 无纺布复合膜 59
3.5.5 静电纺丝技术制纳米纤维膜 59
3.6 隔膜涂覆和多层功能化 61
3.6.1 高分子涂层 62
3.6.2 纳米陶瓷涂层 63
3.7 隔膜其他性能的提升 64
3.8 挑战与前景 66
参考文献 66
第4章 锂硫电池中的隔膜 68
4.1 锂硫电池 69
4.2 锂硫电池的工作原理 69
4.3 锂硫电池面临的问题 71
4.4 锂硫电池中应用的隔膜 72
4.5 功能型锂硫电池隔膜的研究方向 72
4.5.1 多硫化物的跨膜扩散 72
4.5.2 涂层修饰的聚烯烃隔膜 73
4.5.3 新材料隔膜 88
4.5.4 锂硫电池隔膜的制备方法 91
4.6 理想的锂硫电池隔膜及其设计制造 93
4.6.1 应用现状 93
4.6.2 设计思想和制造方法 94
参考文献 95
第5章 锂一次电池隔膜 97
5.1 锂一次电池的种类及其隔膜 98
5.2 可溶正极电池体系对隔膜的要求 102
5.2.1 Li/SOCl2体系与Li/SO2Cl2体系 102
5.2.2 Li/SO2体系 103
5.3 新型隔膜对现有隔膜的替代 103
5.3.1 材料体系 103
5.3.2 工艺技术 105
参考文献 106
第6章 聚烯烃隔膜的制造 108
6.1 PP隔膜 109
6.1.1 原料 109
6.1.2 制膜工艺 109
6.1.3 制膜设备 112
6.1.4 影响产品质量和成品率的主要因素 114
6.2 PE隔膜 115
6.2.1 原料 116
6.2.2 同步双向拉伸工艺 118
6.2.3 分步双向拉伸工艺 121
6.2.4 半干法制膜工艺 122
6.3 PP/PE/PP三层复合膜 123
6.4 工艺对材料及产品特性的调控 125
6.4.1 熔融挤出和铸片淬火 125
6.4.2 拉伸 125
6.4.3 聚合物分子和链段在拉伸中的取向 126
6.4.4 工艺过程中的结晶 128
6.4.5 热定型 129
6.4.6 温度 129
6.4.7 拉伸比例和车速 131
6.4.8 螺杆挤出 132
6.4.9 结晶方式 132
6.4.10 萃取能力 132
6.5 影响产品品质的其他因素 132
6.5.1 原料组成对产品制造和膜结构的影响 132
6.5.2 冷却速率对*终膜产物孔结构的影响 137
6.5.3 石蜡油比例对*终膜产物孔结构的影响 137
6.5.4 石蜡油与PE的相分离 137
6.5.5 石蜡油的萃取 138
参考文献 138
第7章 隔膜表面涂布技术 139
7.1 涂布 140
7.1.1 涂布的基本定义 140
7.1.2 涂布方法与涂布方法的选择 141
7.1.3 涂布技术的应用 143
7.2 隔膜规模化生产中的涂布方法 148
7.2.1 浸涂及涂布厚度 148
7.2.2 隔膜浸涂设备 150
7.2.3 隔膜浸涂工艺与效果 152
7.2.4 隔膜浸涂的优点与不足 152
7.3 微凹涂布 155
7.3.1 微凹涂布介绍 155
7.3.2 微凹涂布的涂布湿厚度的确定 157
7.3.3 常用的几种微凹涂布浆料配方 164
7.3.4 微凹涂布的优点与不足 166
7.4 基材张力控制条缝涂布 166
7.4.1 基材张力控制条缝涂布介绍 166
7.4.2 基材张力控制条缝涂布窗口 167
7.4.3 基材张力控制条缝涂布在隔膜涂布中的应用 170
7.4.4 基膜张力控制条缝涂布的不足 171
7.5 涂布厚度测量 172
7.5.1 离线测厚仪的工作原理 172
7.5.2 在线测厚仪的工作原理 173
7.5.3 测厚仪的在线测量原理 175
7.6 隔膜表面涂布弊病与机器视觉缺陷识别系统 176
7.6.1 涂布弊病与应对解决措施 176
7.6.2 涂布缺陷的机器视觉识别系统 181
参考文献 183
第8章 固态锂电池和固态电解质 185
8.1 固态锂电池 186
8.1.1 固态锂电池发展史 186
8.1.2 固态锂电池的分类 188
8.1.3 全固态锂电池可能的优势及存在的问题 189
8.2 固态电解质 190
8.2.1 固态电解质中离子传导机理 192
8.2.2 无机固态电解质 196
8.2.3 聚合物固态电解质 205
8.2.4 复合固态电解质 215
8.2.5 金属有机框架基固态电解质 220
8.2.6 其他固态电解质 223
8.3 固态电解质性能提升的方法 224
8.3.1 提高离子电导率 224
8.3.2 提高电压稳定性 233
8.3.3 抑制锂枝晶 237
8.3.4 减小界面电阻 239
参考文献 243
第9章 新型复合隔膜的设计与制造 247
9.1 新型隔膜应新在何处 249
9.1.1 材料 249
9.1.2 结构 250
9.1.3 功能 251
9.1.4 奇思妙想 251
9.2 PET无纺布隔膜的增强设计 251
9.2.1 无纺布隔膜存在的问题 251
9.2.2 光固化增韧无纺布隔膜 252
9.2.3 热固化 264
9.2.4 双重固化 266
9.3 芳纶 267
9.3.1 主体材料如何造孔 268
9.3.2 材料体系和结构设计 272
9.4 聚酰亚胺 274
9.4.1 造孔方案 275
9.4.2 材料复合 278
9.5 固态电解质复合膜 280
9.5.1 无机固态电解质 280
9.5.2 固态电解质功能涂层膜 280
9.5.3 其他类型的固态电解质复合膜 282
9.6 含MOF的功能涂层膜 282
9.6.1 MOF材料 282
9.6.2 MOF研究与应用的热点 284
9.6.3 MOF在隔膜涂层中的应用 284
9.7 定制功能隔膜 285
参考文献 285
第10章 展望 288
10.1 锂电池产业发展带来时代的机遇 289
10.2 隔膜发展的技术路线图 290
10.3 通用型隔膜的发展方向 291
10.3.1 高安全性隔膜 291
10.3.2 耐高电压隔膜 292
10.4 隔膜定制化的趋势 293
10.4.1 防打滑 293
10.4.2 高吸液率 293
10.4.3 抑制多硫化物穿梭 295
10.4.4 抗挤压形变 295
10.4.5 对锂金属稳定 297
10.4.6 双面不对称涂覆膜/双面不对称复合膜 298
10.4.7 隔膜与电极一体化 299
10.5 固态电解质 299
10.5.1 柔性固态电解质 299
10.5.2 自愈固态电解质 300
10.6 隔膜产品的明日之星 303
10.7 结束语 304
参考文献 304