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摘 要：本文主要针对锂电池隔膜生产线热处理展开分析，简单减少了锂电池隔膜的基本的机理和主要的性能，进而探讨了锂电池隔膜生产线热处理的基本的控制原理和控制的效果，希望可以为今后的锂电池隔膜生产线热处理工作带来参考。
关键词：锂电池；隔膜生产线；热处理工序；控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0250-01
前 言
在锂电池隔膜生产线热处理的过程中，采取更加科学合理的工序是非常关键的，这也是提高锂电池隔膜生产线热处理工序效果的必由之路，因此，在明确了锂电池隔膜生产线热处理的原理的基础上，确保锂电池隔膜生产线热处理的控制效果很关键。
1 锂电池隔膜概述
锂电池隔膜顾名思义所起到的作用就是隔绝，具体指的是隔开锂电池中的正负极，隔膜的另外一个作用是保证锂离子能自由通过。充放电过程中，锂离子在正负极之间迁移实现嵌入和脱嵌实现氧化还原过程，但是必须保证电子从外电路迁移，这样才能保证电池对外放电，如果正负极接触，电子就会直接在两极间迁移而不经过外部电路，使电池发生内部短路，严重的甚至会造成电池内部温度过高，引燃正负极材料和电解液，引发电池爆炸。
1.1 锂电池隔膜的作用机理
起到隔绝正负极和保证锂离子迁移作用的除了锂电池隔膜还包括凝胶电解质以及固态电解质。锂电池隔膜一般采用PE，PP等绝缘材料制备，但是为了保证锂离子的迁移，需要将隔膜制备成多孔膜，这样便可以通过多孔吸收电解液，使锂离子能在孔吸收的电解液中自由通过。凝胶电解质和固态电解质不同于电池隔膜，他们不具备孔结构，因此为了保证锂离子的迁移，机理相对来说比较复杂：凝胶电解质中仍然加入了一定量的电解液，聚甲基丙烯酸甲酷（PMMA）等强吸电解液物质被电解液充分溶胀，吸收了足够的电解液后，锂离子便可以在电解液中进行迁移从而在两极之间发生氧化还原。固态电解质中没有电解液，锂离子的传输完全依赖于分子链段与锂离子的相互作用，所以固态电解质中需要有O，N等带孤对电子的元素，孤对电子与锂离子中的空轨道发生配位，然后通过链段的运动带动锂离子一起运动，锂离子与前一个孤对电子的相互作用消失后与下一个孤对电子继续发生相互作用从而实现锂离子的迁移，因此两者之间的相互作用需要达到一个合理的值，不能太弱也不能太强。相对来说，锂电池隔膜中锂离子的迁移速度最快，固态电解质中锂离子的迁移最慢，但是因为固态电解质中没有电解液因此安全性能上更具优势，而凝胶电解质则介于两者之间。
1.2 锂电池隔膜的主要性能
锂电池隔膜的性能主要包括两个方面：①电化学性能包括离子电导率、倍率性能、循环性能等；②物理性能包括孔隙率、孔径、厚度、透气性、热稳定性、化学稳定性、拉伸强度、高温闭孔等。除了孔径和厚度要求越小越好之外，其余的性能越高越好：
（1）离子电导率：离子电导率是衡量锂电池隔膜内阻的主要指标，隔膜的离子电导率越高电池隔膜的内阻越小，电池的电化学性能越好。因此，离子电导率是改善隔膜性能的主要指标：市场化的聚烯烃隔膜的离子电导率在10-4mS/cm左右，采用吸液性好的聚偏氟乙烯（PVdF），PMMA，PAN等材料制成的隔膜的离子电导率能达到10-3mS/Cm，如果配合性能更好的锂盐和电解液如EC/PC，离子电导率甚至可以达到10-2mS/cm。
（2）倍率性能：锂电池的倍率性能是指不同电流下放电放出的容量，电池的倍率性能越好，高倍率下放电放出的容量越高。常用的倍率为0.5C，高倍率一般需要达到1C，2C甚至5C放电。
（3）循环性能：锂电池隔膜的循环性能考察的主要是隔膜的稳定性和均一性，电池在使用过程中隔膜会受到电解液的化学腐蚀性以及锂枝晶的刺穿，这都会造成隔膜的比容量下降，隔膜的循环性能一般通过测试锂电池100次循环充放电的比容量变化曲线得到。
（4）厚度：隔膜的厚度主要影响隔膜的内阻和隔膜的力学强度，消费用电子产品的隔膜厚度要求小于25μm，因为消费用电子产品的体积有限，因此需要尽量减少隔膜所占用的体积，提高电池的容量。动力锂电池用的隔膜厚度则要求在40μm左右，因为动力锂电池对电池的体积没有太大的要求，而对于电池的安全性要求較高，这就要求隔膜必须具备较高的耐热性和较高的抗刺穿强度。一般来说，隔膜的厚度越小，电池中电极所占的体积越多，电池的容量和倍率性能越好。
2 锂电池复合隔膜的热稳定性控制
有学者在实际研究后发现，经过160℃热处理1h后，用PET无纺布作为基材的锂电池隔膜的热收缩率为0，而用PP为基材的锂电池隔膜的热收缩率达到100%，完全熔融。PET的良好热稳定性保证了隔膜的高温安全性，可以承受住动力锂电池较大的发热量。经过核壳粒子改性的复合隔膜只是隔膜的表面出现了一定的褶皱，主要是表层的PVdF-HFP发生熔融闭孔导致的，为了保证锂电池的安全性，理想的锂电池隔膜应该兼具低闭孔温度（130～140℃）、高熔融温度，但是用单一的材料达不到效果，直接用核壳粒子与PVdF-HFP共混然后改性PET无纺布达不到目的，所以通过三层膜的改性方法能更有效地提高隔膜的安全性。
3 锂电池隔膜生产线热处理工序的自动控制软件设计
系统软件的设计具体体现了系统的技术要求，是整个控制系统的逻辑实现，因而是整个系统的关键部分。LabVIEW是一种图形化的虚拟仪器开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试和运行于一体。
本系统软件主要包含温度监控、湿度监控，主要完成以下功能：
（1）温度的设置、实时监控以达到系统温度精确和稳定目的；
（2）切换湿度的设置，湿度的实时监控以到达程序自动切换的目的；
（3）设定鼓风恒温加热状态的运行时间；
（4）当温度高于系统所设置的温度报警值时，系统紧急停止并报警。
温度监控子程序是整个系统的关键部分，只有准确地监测当前温度，LabVIEW才能利用PID控制算法求出合适的控制信号，从而确保热处理过程所需工作温度的精度和系统温度的稳定。在微波热处理过程中，工作温度控制在120±5℃。在恒温鼓风热处理过程中，工作温度控制在95±1℃。
4 结束语
综上所述，针对锂电池隔膜生产线热处理工作，在处理过程中，应该真正发挥出处理工序的效果，对于处理过程中的具体的方法，以及在处理过程中的热处理工序的控制方法都要掌握，本文对此进行了总结，可供参考。
参考文献
[1]齐德江，姜竹楠，于 佳，高志强.新型全固态复合聚合物电解质的制备与应用[J].材料导报，2016，30（03）：144～149.
[2]蒋 力，李德鹏，徐 羚，李 飞，徐 新，高云芳.废旧三元正极材料锂离子电池的资源化利用技术[J].中国资源综合利用，2017，31（11）：46～50.
收稿日期：2018-7-12
关键词：锂电池；隔膜生产线；热处理工序；控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）23-0250-01
前 言
在锂电池隔膜生产线热处理的过程中，采取更加科学合理的工序是非常关键的，这也是提高锂电池隔膜生产线热处理工序效果的必由之路，因此，在明确了锂电池隔膜生产线热处理的原理的基础上，确保锂电池隔膜生产线热处理的控制效果很关键。
1 锂电池隔膜概述
锂电池隔膜顾名思义所起到的作用就是隔绝，具体指的是隔开锂电池中的正负极，隔膜的另外一个作用是保证锂离子能自由通过。充放电过程中，锂离子在正负极之间迁移实现嵌入和脱嵌实现氧化还原过程，但是必须保证电子从外电路迁移，这样才能保证电池对外放电，如果正负极接触，电子就会直接在两极间迁移而不经过外部电路，使电池发生内部短路，严重的甚至会造成电池内部温度过高，引燃正负极材料和电解液，引发电池爆炸。
1.1 锂电池隔膜的作用机理
起到隔绝正负极和保证锂离子迁移作用的除了锂电池隔膜还包括凝胶电解质以及固态电解质。锂电池隔膜一般采用PE，PP等绝缘材料制备，但是为了保证锂离子的迁移，需要将隔膜制备成多孔膜，这样便可以通过多孔吸收电解液，使锂离子能在孔吸收的电解液中自由通过。凝胶电解质和固态电解质不同于电池隔膜，他们不具备孔结构，因此为了保证锂离子的迁移，机理相对来说比较复杂：凝胶电解质中仍然加入了一定量的电解液，聚甲基丙烯酸甲酷（PMMA）等强吸电解液物质被电解液充分溶胀，吸收了足够的电解液后，锂离子便可以在电解液中进行迁移从而在两极之间发生氧化还原。固态电解质中没有电解液，锂离子的传输完全依赖于分子链段与锂离子的相互作用，所以固态电解质中需要有O，N等带孤对电子的元素，孤对电子与锂离子中的空轨道发生配位，然后通过链段的运动带动锂离子一起运动，锂离子与前一个孤对电子的相互作用消失后与下一个孤对电子继续发生相互作用从而实现锂离子的迁移，因此两者之间的相互作用需要达到一个合理的值，不能太弱也不能太强。相对来说，锂电池隔膜中锂离子的迁移速度最快，固态电解质中锂离子的迁移最慢，但是因为固态电解质中没有电解液因此安全性能上更具优势，而凝胶电解质则介于两者之间。
1.2 锂电池隔膜的主要性能
锂电池隔膜的性能主要包括两个方面：①电化学性能包括离子电导率、倍率性能、循环性能等；②物理性能包括孔隙率、孔径、厚度、透气性、热稳定性、化学稳定性、拉伸强度、高温闭孔等。除了孔径和厚度要求越小越好之外，其余的性能越高越好：
（1）离子电导率：离子电导率是衡量锂电池隔膜内阻的主要指标，隔膜的离子电导率越高电池隔膜的内阻越小，电池的电化学性能越好。因此，离子电导率是改善隔膜性能的主要指标：市场化的聚烯烃隔膜的离子电导率在10-4mS/cm左右，采用吸液性好的聚偏氟乙烯（PVdF），PMMA，PAN等材料制成的隔膜的离子电导率能达到10-3mS/Cm，如果配合性能更好的锂盐和电解液如EC/PC，离子电导率甚至可以达到10-2mS/cm。
（2）倍率性能：锂电池的倍率性能是指不同电流下放电放出的容量，电池的倍率性能越好，高倍率下放电放出的容量越高。常用的倍率为0.5C，高倍率一般需要达到1C，2C甚至5C放电。
（3）循环性能：锂电池隔膜的循环性能考察的主要是隔膜的稳定性和均一性，电池在使用过程中隔膜会受到电解液的化学腐蚀性以及锂枝晶的刺穿，这都会造成隔膜的比容量下降，隔膜的循环性能一般通过测试锂电池100次循环充放电的比容量变化曲线得到。
（4）厚度：隔膜的厚度主要影响隔膜的内阻和隔膜的力学强度，消费用电子产品的隔膜厚度要求小于25μm，因为消费用电子产品的体积有限，因此需要尽量减少隔膜所占用的体积，提高电池的容量。动力锂电池用的隔膜厚度则要求在40μm左右，因为动力锂电池对电池的体积没有太大的要求，而对于电池的安全性要求較高，这就要求隔膜必须具备较高的耐热性和较高的抗刺穿强度。一般来说，隔膜的厚度越小，电池中电极所占的体积越多，电池的容量和倍率性能越好。
2 锂电池复合隔膜的热稳定性控制
有学者在实际研究后发现，经过160℃热处理1h后，用PET无纺布作为基材的锂电池隔膜的热收缩率为0，而用PP为基材的锂电池隔膜的热收缩率达到100%，完全熔融。PET的良好热稳定性保证了隔膜的高温安全性，可以承受住动力锂电池较大的发热量。经过核壳粒子改性的复合隔膜只是隔膜的表面出现了一定的褶皱，主要是表层的PVdF-HFP发生熔融闭孔导致的，为了保证锂电池的安全性，理想的锂电池隔膜应该兼具低闭孔温度（130～140℃）、高熔融温度，但是用单一的材料达不到效果，直接用核壳粒子与PVdF-HFP共混然后改性PET无纺布达不到目的，所以通过三层膜的改性方法能更有效地提高隔膜的安全性。
3 锂电池隔膜生产线热处理工序的自动控制软件设计
系统软件的设计具体体现了系统的技术要求，是整个控制系统的逻辑实现，因而是整个系统的关键部分。LabVIEW是一种图形化的虚拟仪器开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试和运行于一体。
本系统软件主要包含温度监控、湿度监控，主要完成以下功能：
（1）温度的设置、实时监控以达到系统温度精确和稳定目的；
（2）切换湿度的设置，湿度的实时监控以到达程序自动切换的目的；
（3）设定鼓风恒温加热状态的运行时间；
（4）当温度高于系统所设置的温度报警值时，系统紧急停止并报警。
温度监控子程序是整个系统的关键部分，只有准确地监测当前温度，LabVIEW才能利用PID控制算法求出合适的控制信号，从而确保热处理过程所需工作温度的精度和系统温度的稳定。在微波热处理过程中，工作温度控制在120±5℃。在恒温鼓风热处理过程中，工作温度控制在95±1℃。
4 结束语
综上所述，针对锂电池隔膜生产线热处理工作，在处理过程中，应该真正发挥出处理工序的效果，对于处理过程中的具体的方法，以及在处理过程中的热处理工序的控制方法都要掌握，本文对此进行了总结，可供参考。
参考文献
[1]齐德江，姜竹楠，于 佳，高志强.新型全固态复合聚合物电解质的制备与应用[J].材料导报，2016，30（03）：144～149.
[2]蒋 力，李德鹏，徐 羚，李 飞，徐 新，高云芳.废旧三元正极材料锂离子电池的资源化利用技术[J].中国资源综合利用，2017，31（11）：46～50.
收稿日期：2018-7-12