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不只会做衣服的“莱赛尔”

2022-12-01 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

不只会做衣服的“莱赛尔” 

莱赛尔基电池隔膜


1  背景知识

01莱赛尔(Lyocell) 

①发展介绍:

    莱赛尔纤维是以天然植物纤维为原料,兼具天然纤维和合成纤维的多种优良性能。于20世纪90年代中期问世,在过去5年间,国产莱赛尔纤维的产业规模不断扩大,相关的纤维工程化技术,纤维新工艺、新品种,对纤维结构与性能的新认识,以及纤维的下游应用新方向都在持续快速更新拓展。被誉为近半个世纪以来人造纤维史上最具价值的产品。

②制备方法:

    以针叶树为主的木浆、水和溶剂NMMO(4-甲基吗啉-N-氧化物)混合,加热至完全溶解,在溶解过程中不会产生任何衍生物和化学作用,经除杂而直接纺丝,其分子结构是简单的碳水化合物。

 

02电池隔膜的作用

     隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,其主要作用如下:

 ①分隔电池的正负极,防止短路;

②拥有一定的孔隙,方便电解质离子在充放电过程中在正负极间往返;

③较好的电解液浸润性;

④电池的高温自闭功能,保证使用安全。

 image.png

图1:电池结构示意图

 

03原纤化

     是指纤维表面分裂出细小的微纤维(直径1-4um)。一般来讲,第一次原纤化时,产生出来的原纤都比较大,通常在1mm,甚至更长,并能缠结成球,如果不处理掉,则会影响穿着和观感。

 

√ 服装纺织领域

× 电池隔膜领域


2背景介绍

1对电池容量、安全性的要求提高:新型电动汽车以及各种智能设备不断更新换代;

2锂电池需求量大,且电池隔膜的成本占整个电池的10%~14%,在一些高端电池中隔膜成本占比甚至达到20%;

3聚烯烃膜机械强度高、化学稳定性好,原料成本低并兼有热闭合温度的特点,是目前电池隔膜领域性能相对较好,性价比最高的隔膜品种;

4与合成高分子材料的聚烯烃膜相比,纤维素膜具有更好的热尺寸稳定性和对电解液的浸润性,同时还具有生物可降解、无毒、无污染、可再生等优点;

5莱赛尔纤维可以用于制作电池隔膜的主要原因是莱赛尔纤维具有易原纤化的特性;

7我国尚未形成纤维素基电池隔膜的产业化和商业化。

    纤维素材料用于电池隔膜的生产或者代替现有的聚烯烃隔膜方向存在巨大的市场空间以及较好的市场前景。


3 生产工艺

 工艺步骤:

→纤维打浆

→疏解:纤维主干劈裂分离出若干微纤

→浆液过滤筛分合适细度的微纤

→借鉴湿法造纸工艺抄造成膜

→真空干燥

→软压光

→莱赛尔基电池隔膜产品

 

工艺关键点:

①轻刀慢打的槽式打浆为最佳打浆方式;

②压光工序可提高隔膜的抗张强度,调整隔膜孔径与厚度;

③复合隔膜中,莱赛尔与PP的湿法压榨的隔膜性能最佳;

④采用莱赛尔纤维、PET纤维以及SiO2材料制成的涂覆隔膜中,莱赛尔纤维与PET纤维比例为8:2,SiO2的占比为15%时,隔膜性能最佳。

 

4生产现状

 ①国内未有可以进行莱赛尔基电池隔膜生产的工厂;

②国内目前电池隔膜市场仅有从日本进口的含莱赛尔纤维的商品电池隔膜。

 image.png

图2:国产标准型莱赛尔基电池隔膜纸

 

5 年中总结

1使莱赛尔基隔膜具有较好的电解液浸润性,热尺寸稳定性及更低的离子阻抗;

2通过纤维结构设计,进一步促进原纤化;

3解决隔膜的抗张强度与厚度问题,在厚度不变的情况下,进一步增加抗张强度,确保电池安全性;

4实现莱赛尔基电池隔膜大规模应用的主要开发方向:将莱赛尔纤维与其他聚烯烃搭配制成复合隔膜或再涂布陶瓷材料制成涂覆隔膜;

5纤维素基电池隔膜目前仅在少数碱性电池中得到使用,还需要开展大量的应用创新。

 

 

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