1、沧州明珠湿法隔膜及涂布技术的最新进展Cangzhou Mingzhu Wet Separator & Coating Technics Development沧州明珠隔膜事业部总经理 谷传明Cangzhou Mingzhu Plastic Co.,Ltd. Separator Dept. GM. Gu Chuanming2015-11-05题目 Title 一、隔膜的种类及各自的优缺点 Separator Classification and relative merits 二、沧州明珠湿法隔膜技术的进展 CZMZ Wet Separator Technic Development 三、沧州明
2、珠涂覆技术的最新进展 CZMZ Coating Technic Development 四、沧州明珠简介 CZMZ Company Profile一、隔膜的种类及各自的优缺点Separator Classificatioin and relative merits常规隔膜分类 Classification熔融拉伸热致相分离 干法 DRY湿法 WET 单向拉伸工艺Uniaxial双向拉伸工艺Biaxial双向拉伸工艺Biaxial 类硬弹性纤维的方法PP、PE、PP/PE/PP 日本东丽、旭化成美国Entek相分离、溶剂萃取PE单层 美国Celgard日本宇部、沧州明珠中国科学院化学研究所新乡格
3、瑞恩拉伸晶型聚丙烯PP单层1、干法单向拉伸隔膜 DRY Uniaxial Stretching Separator 1、干法单拉隔膜 主要优点是制孔均匀、成本低，可以制作多层复合膜，缺点是只有单向拉伸，横向强度低，随着隔膜越来越薄的趋势（比如12u)，干法单拉隔膜将会遇到更大的挑战。Advantages: Pore size uniformity Lower cost Multi-layer structureDisadvantages: TD tension strength lowTrend : thinner separator (12mircon) 要解决的问题-变薄以后的强度Chal
4、lenge: Mechanical Strength of Thinner Separator2、干法双向拉伸隔膜 DRY Biaxial Stretching Separator 2、干法双拉隔膜 干法双拉隔膜的优点是成本低、强度较高，缺点是制孔不均匀，只能用在中低端电池产品上，在国际上不属于主流产品。Advantages: Mechanical strength high Lower costDisadvantages: Pore size uniformity bad Low level LIB application Not global popular,mainly in China
5、 要解决的问题-孔径的均匀性和一致性Challenge: Uniformity and Consistency of Pore size3、湿法隔膜Wet Separator 3、湿法隔膜 湿法隔膜的优点是厚度薄、强度高、制孔均匀，缺点是成本较高，主要用在高端数码及动力电池产品上，目前国内高端湿法隔膜主要依赖进口。Advantages: Thiner thickness Mechanical strength high Pore size uniformityDisadvantages: Higher costAdvanced power and 3C LIB application, mos
6、tly rely on import. 要解决的问题-成本高，外观不好控制Chanllenge: High cost , Appearance control.项目 干法单拉 Dry Uniaxial 干法双拉 Dry Biaxial 湿法隔膜Wet Biaxial 成孔均匀性 Pore Uniformity 纵向拉伸强度 Tension Strength MD 横向拉伸强度 Tension Strength TD 纵向热收缩 Heat Shrinkage MD 横向热收缩Heat Shrinkage TD 物性一致性Consistency 成本 COST 综合评价 General Evalu
7、ation 三种隔膜的优缺点对比 Comparison未来锂离子电池隔膜的发展方向Future separator development 高一致性（孔径均匀性）：High Uniformity 在立足目前国际流行的干法单拉和湿法的技术基础上，要求隔膜企业采用更先进的制孔技术。 尽量薄，满足电池高容量需求：Thinner separator,More capacity 要求隔膜在不牺牲强度的情况下，尽量做薄，这就要求隔膜企业采用更好的拉伸技术和更高的拉伸倍率。 高吸液性和保液性： Wettability & Retention 要求隔膜在不牺牲强度的情况下，孔隙率尽量高，吸液接触角尽量小。同时
8、，改善内部孔的结构，形成理想的搭桥结构，增加保液性。 高安全性：Higher Safety 要求隔膜有更高的耐热性能，要达到这一点，可以通过在目前PE基或PP基隔膜基材的表面涂覆耐高温的无机物如三氧化二铝以及耐高温有机物如芳纶等，或开发耐高温的隔膜基体如聚酰亚胺隔膜等，同时，最好还要有较低的热关闭性能。 低成本：Lower Cost 大规模生产、提高收率、成本控制、技术升级。 结论：Conclusion 任何单一隔膜都存在优缺点，而复合隔膜是未来发展的方向，多层复合隔膜可以结合不同隔膜的特点，达到最优的效果。未来锂离子电池隔膜的发展方向Future separator development
9、Best choice for future - Laminated Separator 隔膜涂布是制作复合隔膜的最佳方法 Coated Separator - The Best Solution 1、隔膜的制作实际上是一种精密的制孔技术，单一材料的制孔技术已经很难，多种材料复合在一起制孔的技术就更难。 Separator Manufacture-a precision micro-pore structure technology. 2、目前大量应用的干法单拉、干法双拉和湿法隔膜是经过十几年规模化的发展才达到现在的性能和价格，而涂布技术也是有几十年的规模化生产历史，二者的结合，要比发明一种新
10、的复合隔膜容易的多，更关键的是，由于有规模化的生产历史，价格也容易接受。Separator Technic Coating TechnicCoated SeparatorMono Material Complex MaterialHigherLevel 3、各种涂布技术及材料的应用，大大拓宽了隔膜的功能与应用，尤其是陶瓷涂布的应用，使得隔膜，尤其是湿法隔膜在动力电池的应用成为可能，面对三元材料在动力电池的大量应用，湿法+陶瓷成为最佳选择。 Coated separator extended the function and application. Wet separator with cer
11、amic coating become the best choice for LIB of NCM system.隔膜涂布是制作复合隔膜的最佳方法 Coated Separator - The Best Solution 三种隔膜在动力电池上的优缺点分析 Analysis干法单拉隔膜Dry Uniaxial 干法双拉隔膜Dry Biaxial 湿法隔膜Wet Biaxial安全性Safety 陶瓷涂布后的安全性Safety (w/ ceramic coating) 孔径均匀一致性Pore size uniformity 低成本Cost 变薄后强度Strength (thinner) 综合评价
12、General Evaluation 二、沧州明珠湿法隔膜技术的进展CZMZ Wet Separator Technic Development国内外湿法隔膜工艺路线Wet Separator Manufacturers & Technics 厂家 工艺路线Technics 设备来源Equipment 线速度Line speed 特点 Characteristic 综合评价Evaluation旭化成Asahi-Kasei 同步拉伸Synchronous 日本 Japan 1035m/min 一致性好，速度一般，调整不易Consistency good, normal speed, not ea
13、sy adjustment. 东然Tonen 同步拉伸Synchronous 日本 Japan 1025m/min 一致性好，速度一般，调整不易，Consistency good, normal speed, not easy adjustment. SK 异步拉伸Asynchronous 日本、韩国Japan , Korea 1040m/min 强度高，速度快，调整容易，一致性略差Strength good, high speed, easy adjustment, consistency bad 国内早期生产企业Domestic Early 同步拉伸（少量异步）Synchronous(fe
14、w Asynch-ronous ) 国内Domestic 1020m/min 速度低，稳定性差low speed,stability bad. 国内近期投产企业Domestic Latest 异步拉伸Asynchronous 日本、德国、美国、韩国Japan , KoreaUSA ,Germany 2040m/min 速度高，一致性略差high speed,consistency bad 沧州明珠CZMZ 同步拉伸Synchronous 进口Imported 2035m/min 一致性好，速度一般，调整不易Consistency good, normal speed, not easy adj
15、ustment. 明珠湿法隔膜线的7大改进 CZMZ 7 improvements 1、原料的优化 Row material 2、上料系统的优化 Dosing System 3、铸片系统的优化 Casting System 4、拉伸系统的优化 Stretching System 5、萃取系统的优化 Extraction System 6、热定型系统的优化 Annealling System 7、监测及控制系统的优化 Detect & Control System1、原料及配方的优化Raw Material & Prescription Optimization 粒径及分布 Partical a
16、nd Distribution单一、组合、HDPE、UHMWPE Mono,Combination,HDPE,UHMWPE白油 oil：油料比 ratio 粘度、闪点、密度 Viscocity,Flash Point,Density 根据不同PE原料配制不同的油料比 Different PE material , various mixing ratio.2、上料及挤出系统Dosing & Extrusion System 国内：间歇式 人工加料； 添加剂采用人工称量然后加入高混机； Domestic - Intermittent Manually 明珠：连续式 添加剂和PE自动上料； 添加剂
17、与PE连续多批次混合； CZMZ - Continuous Automatically洁净控制、 Purity control精确稳定下料、 Precisely feeding混料批次均匀性；Mixing uniformity 3、铸片工序产线优化Casting System Optimization 1. 贴片方式优化；Optimized contact process 2. 精确间隙调整，铸片厚度均匀；Precise gap adjustment3. 除油装置优化，高除油效果，贴附均匀；High efficient oil removing 4. 模头优化设计，温度均匀，流动均匀。Opti
18、mized die design, uniform temperature and flow4、双向拉伸 Biaxial Stretching4、同步拉伸Synchronous Stretching4、拉伸工艺控制Stretching Technic Control 同步和异步弓形的差异： 异步MD拉伸后，MD取向度大，在横向拉伸和热定型时，MD方向回缩应力大，所以弓形大，产品一致性差； 同步拉伸，MD和TD同时拉伸，各向取向度一致，弓形效应远低于异步拉伸，产品一致性好； 对比来看： 从产品一致性以及收效率上，同步法远优于异步，同步法收效率可以做到75%，而异步法只达到50%左右；Asynch
19、ronous MD-TDBow Shape Compare4、拉伸工序产线优化Stretching System Optimization1. 同步拉伸工艺；Biaxial Synchronous Stretching Technic2. 高拉伸倍率，高机械强度；High Stretching Ratio,Excellent Mechanical Strength3. 低弓形；Obtuse Bow Shape4. 孔径均匀，高孔隙率。Uniform Pore-size, High Porosity5、萃取干燥Extraction & Dry 萃取剂Extractant 萃取装置Extracti
20、on Device 干燥装置Dry Device 工艺控制Process Control萃取Extraction 利用有机溶剂萃取膜片中的石蜡油，再通过干燥挥发二氯甲烷，形成微孔。Organic extractant take oil from StabilityEfficiencyCost Oil remainFilm qualityProperties 5、萃取干燥产线优化Extraction System Optimization1. 萃取槽液体温度精确控制； Temperature control2. 萃取槽前后张力优化控制； Tension control3. 萃取槽内辊筒驱动优化设
21、计； Roller drive 4. 萃取槽液体循环优化； Fluid recycle5. 除液装置更新设计； Fluid removal6. 干燥槽优化设计。 Dry tank避免膜起皱，跑偏，断膜 保持槽内液体清洁减少挥发，改善膜面低挥发量，干燥彻底，无膜面损伤6、热定型原理Annealing Priciple热定型Annealing 完善结晶Complete Crystalization消除内应力Remove Inner Stress 非晶相-晶相Amorphous - Crystal微小晶形-大晶粒Small Crystal - Big不稳定晶形-稳定Unstable - Stable
22、使已经定向的短链分子和分子链段得到松弛时温等效 Time-Temperature Equivalence 应力温度等效Stress-Temperature Equivalence应力时间等效Stress-Time Equivalence6、热定型明珠产线优化Annealing System Optimization 孔径减小，大孔明显减少；Pore-size decreased孔径分布均匀性明显提高；Pore-size uniformity improvedEntrance Exit6、热定型工序产线优化Annealing System Optimization 1. 充分热定型，提高隔膜高温
23、热稳定性；Ample heating, improve separator heat-stability. 2. 前后设备布置优化，减小薄膜受应力影响；Fore-and-aft layout optimized, decrease stress influence.3. 大拉伸比，优化一致性；Big tension ratio, consistency optimized.7、在线质量控制Online Quality Control先进测厚系统，真正实现APC自动控制Advanced thickness gauge, APC auto-control进口独立在线透气度仪器，实现实时监测Online air permeability tester,real-time monitoring全面化的隔膜管理信息系统Comprehensive date management system实时采集生产、工艺和品质数据，集成销售、生产、品控和仓储等环节；Real-time collecting production,process and quality data.Production, QC, storage and sales data integrated.三、沧州明珠涂覆技术的最新进展CZMZ Coating Technic Development
