Сравнительный анализ сухих полипропиленовых (ПП) и влажных полиэтиленовых (ПЭ) диафрагм в литиевых батареях
2025-07-09
Сепаратор литий-ионного аккумулятора (сепаратор) — это ключевой функциональный пленочный материал, расположенный между положительным и отрицательным электродами в конструкции аккумулятора.
Сепаратор литий-ионного аккумулятора (сепаратор) препятствует прохождению электронов, предотвращая короткое замыкание, но при этом пропускает ионы лития, обеспечивая процесс заряда и разряда аккумулятора.
Его роль заключается не только в физической изоляции положительного и отрицательного электродов, но и напрямую влияет на безопасность, эффективность переноса ионов, циклический ресурс и термическую стабильность аккумулятора.
На фоне стремительного развития отраслей производства транспортных средств на новых источниках энергии, систем накопления энергии и бытовой электроники требования к эксплуатационным характеристикам, безопасности и стоимости литий-ионных аккумуляторов продолжают расти. Мембрана аккумулятора, являясь одним из четырёх основных материалов аккумулятора, играет ключевую роль в обеспечении его нормальной работы и защите от теплового разгона. В настоящее время к основным технологиям производства диафрагм, представленным на рынке, относятся, в первую очередь, сухие диафрагмы из полипропилена (ПП) и мокрые диафрагмы из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ материал ). Эти две диафрагмы имеют свои особенности с точки зрения сырья, технологического процесса, конструкции, эксплуатационных характеристик и сферы применения, и в данной статье они будут подвергнуты систематическому сравнению и анализу.
Ⅰ. Различия в сырье и технологических процессах
-
В качестве сырья для производства сухой диафрагмы в основном используется высокоизотактический полипропилен, который путём экструзии расплава, формования и двунаправленного растяжения приобретает микропористую структуру. Суть процесса заключается в образовании микропор под воздействием растяжения, при этом в ходе всего процесса не используются растворители, что делает его экологически безопасным.
-
В свою очередь, в «мокрых» диафрагмах в качестве подложки используется полиэтилен со сверхвысокой молекулярной массой, смешанный с парафином или жидкими углеводородами для получения коллоидной жидкости, который каландрируется в пленку, затем подвергается экстракции растворителем для удаления масляной фазы и подвергается двунаправленному растяжению с образованием плотной микропористой структуры. Этот процесс более требователен с точки зрения оборудования и систем очистки, но позволяет получать пористые мембраны с более высокой пористостью и меньшим размером пор.
II. Сравнение микроструктуры и эксплуатационных характеристик
| Сухая мембрана из полипропилена (ПП) | Влажная мембрана из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (ПЭ) | |
|---|---|---|
| Микроструктура | Трапециевидные поры, волокнистое расположение, регулярная структура | Сетчатая пористая структура с более мелкими и плотными порами |
| Диапазон толщины |
16–25 μm
|
8–20 μm
|
| Пористость |
35–45%
|
40–60%
|
| Температура термического отключения |
160–165 °C(Температура плавления полипропилена)
|
130–140 °C(Температура плавления полиэтилена)
|
| Смачиваемость электролитом | Среднее, требует обработки поверхности | Хорошая, высокая впитываемость жидкости |
| Механическая прочность | Высокая поперечная прочность и хорошая устойчивость к проколам | Хорошая гибкость, но слабая боковая устойчивость |
| Расходы | относительно низкий | относительно высокий |
III. Различия в сферах применения
| Области применения | Распространенные типы диафрагм |
|---|---|
| Аккумуляторная батарея (литий-железо-фосфатная) | Сухая мембрана из полипропилена |
| Аккумуляторная батарея (литий-тернарная) |
ПЭ с мокрой мембраной
|
| Аккумуляторные батареи | На основе сухой мембраны из полипропилена |
| Потребительская электроника (мобильные телефоны, ноутбуки) | Влажные мембраны из полиэтилена встречаются чаще |
IV. Представительные компании-производители сырья и основная продукция
Сепаратор для литиевых аккумуляторов (LiBS) изготавливается методом сухой обработки, в основном изготавливается из полипропилена сверхвысокой чистоты. Растяжимая мембрана для литиевых батарей может производиться без добавления каких-либо добавок, поэтому требования к технологии производства и оборудованию относительно невысоки, а себестоимость — относительно низкая.
К числу основных производителей относятся серия Yuhwa Polypro, сингапурская компания TPC и Lotte Chemical. К основным сортам продукции относятся Yuhwa Polypro S802M, Singapore TPC FS2014 and Lotte Chemical BS-120. Крупнейшим поставщиком является Korean Yuhwa petrochemical company.
Полипропилен высокой чистоты Yuhwa Polypro S802M
Это основное сырье для производства сепараторов литиевых аккумуляторов (LiBS) методом сухой обработки во всем мире. Оно обладает превосходными характеристиками по сопротивлению образованию серого налёта и высокой жёсткостью, что эффективно обеспечивает безопасность и стабильность литиевых аккумуляторов.
Мокрый процесс производства сепараторов для литиевых аккумуляторов (LiBS), в основном изготавливается с использованием полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы. It can produce thinner films with higher porosity and more uniform microporous structures. Поэтому она стала одной из основных технологий, применяемых в производстве аккумуляторов с высокой плотностью энергии.
Он в основном используется при производстве сепараторов для аккумуляторов высокой мощности и бытовых аккумуляторов. Поскольку в процессе производства необходимо добавлять масляные вещества для придания структуре текучести, этот процесс называется «мокрым». По сравнению с «сухим» процессом «мокрый» процесс является более дорогостоящим и требует более высокого уровня технологий и оборудования.
В настоящее время основными мировыми производителями полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, который в основном используется для производства сепараторов аккумуляторов, являются компания Yuhwa (серия «Hiden») и компания «Asahi Kasei (серия «Sunfine»). К числу распространенных видов сырья относятся Yuhwa Hiden U050 СВМПЭ и Asahi Kasei Sunfine UH650 СВМПЭ.
Yuhwa Hiden U050 СВМПЭ
Данный полимерный материал является основным сырьем для производства сепараторов аккумуляторов, выпускаемых компанией «Юхва». Он обладает превосходной ударопрочностью и отличными технологическими характеристиками. По сравнению с традиционными материалами из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы он отличается более удобной технологией обработки. В то же время он дешевле, чем полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы компании Asahi Kasei, поэтому пользуется популярностью у производителей аккумуляторов из Китая.
Asahi Kasei UH650 Полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы
Компания «Асахи Касей» занимается разработкой сепараторов для аккумуляторов с самого начала развития литиевых аккумуляторов и в настоящее время располагает весьма полной линейкой продукции, способной удовлетворить потребности различных производителей.
В материале Sunfine UH650 СВМПЭ применяется технология, основанная на контроле молекулярной массы, для повышения прочности сепаратора на прокол и ударопрочности; в нём используется передовая каталитическая технология компании Asahi Kasei, позволяющая свести к минимуму содержание металлических примесей, что эффективно снижает риск повреждения оборудования и значительно повышает безопасность аккумулятора.
V. Conclusión
-
Сухая полипропиленовая мембрана широко используется в литий-железо-фосфатных аккумуляторах, системах накопления энергии и некоторых моделях потребительской электроники бюджетного сегмента благодаря своей относительно низкой стоимости и стабильной структуре.
-
Мембраны из влажного полиэтилена преобладают в тройных системах, аккумуляторах с высокой скоростью заряда, высокопроизводительных силовых аккумуляторах (например, для электромобилей) и бытовой электронике благодаря своим превосходным характеристикам термического отключения и сродству к электролиту.
Что такое материал LCP?
Why choose irradiation resistant polycarbonate material?