隔膜與正負(fù)極材料、電解液共同組成了鋰離子電池，隔膜性能的優(yōu)劣對(duì)電池的整體性能起著決定性的作用。鋰離子電池隔膜是一種厚度在8～40 μm的功能膜材料，具有微孔結(jié)構(gòu)，在電池體系中起著分隔正負(fù)極、允許電解液中鋰離子自由通過(guò)、阻隔充放電時(shí)電路中電子通過(guò)的重要作用，可在電池溫度升高或充放電的情形中有選擇地進(jìn)行微孔閉合，以防止電流過(guò)大和短路。本文將重點(diǎn)討論國(guó)內(nèi)外鋰離子電池隔膜的研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展方向。

　　傳統(tǒng)鋰離子電池多采用聚烯烴隔膜，多為單層結(jié)構(gòu)或者三層結(jié)構(gòu)，如單層PP、單層PE、PP/PE/PP復(fù)合膜等。傳統(tǒng)鋰離子隔膜制備方法可分為濕法工藝(PE膜)和干法工(PP膜)藝，相關(guān)的含義、優(yōu)劣勢(shì)、應(yīng)用范圍等等我們已經(jīng)在《淺析我國(guó)動(dòng)力電池的現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)》一文中簡(jiǎn)單地比較過(guò)。需要補(bǔ)充的是，采用干法工藝制膜的代表公司有國(guó)內(nèi)的星源材質(zhì)、東航光電、滄州明珠、新鄉(xiāng)格瑞恩新時(shí)科技和美國(guó)Celgard以及日本UBE(宇部)等，而采用濕法制膜的代表公司則有國(guó)內(nèi)的金輝高科、天津東皋和日本 Asahi(旭化成)、Mitsui Chemicals(三井化學(xué))、Tonen(東燃)、美國(guó)Entek以及等等。在下文中，我們將重點(diǎn)討論鋰離子電池隔膜的研究現(xiàn)狀。

　　國(guó)內(nèi)外鋰離子隔膜研究現(xiàn)狀

　　首先是多層復(fù)合隔膜。美國(guó) Celgard 公司自主開(kāi)發(fā)了多層復(fù)合隔膜，包括PP/PE/PP 層復(fù)合隔膜和PP/PE 兩層復(fù)合隔膜。多層復(fù)合膜結(jié)合了PE膜閉孔溫度低、柔軟、韌性好以及PP膜熔斷溫度高、力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，有效地增強(qiáng)了電池的安全性能;但不足的是PP膜和PE膜對(duì)電解質(zhì)的親和性較差，且一旦發(fā)生短路，三層隔膜的線條狀纖維結(jié)構(gòu)會(huì)使得短路面積急劇擴(kuò)大，造成熱量瞬間上升，增大爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

　　第二是有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合隔膜。有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合隔膜是將無(wú)機(jī)材料(如SiO2、Al2O3)涂覆在無(wú)紡布或聚烯烴薄膜上,通過(guò)無(wú)機(jī)、有機(jī)材料的互補(bǔ)提高鋰離子電池電池大功率快速充放電性能和電池的安全性，既具有有機(jī)材料有效的閉合功能和柔韌的特點(diǎn)，能有效防止短路;同時(shí)又兼?zhèn)錈o(wú)機(jī)材料了吸收電解液中微量水、傳熱效率低和電池內(nèi)熱失控點(diǎn)不易擴(kuò)大的優(yōu)點(diǎn)，電池使用壽命也得以延長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)專家將PE、Al2O3微粉均勻分散在乙醇混合溶液和聚氨酯膠粘劑中，通過(guò)凹輥滾壓工藝來(lái)制備了PET基無(wú)紡布雙涂層隔膜，制備隔膜的熔斷和閉孔溫度分別為300 ℃、120 ℃。德國(guó)Degussa公司的Sepparion隔膜是將與SiO2、Al2O3顆粒混合的硅膠溶液涂覆在無(wú)紡布上制備得來(lái)。日本Hitachi Maxell公司則在基膜表面涂覆上板狀無(wú)機(jī)顆粒，制得的隔膜具有高溫下性狀完整的優(yōu)點(diǎn)。Y S JUNG 則采用原子沉積技術(shù)，在PP基膜表面涂覆一層6nm的Al2O3，原有隔膜的親液性和耐熱性得以提升。

　　另外是納米纖維涂層隔膜。納米纖維涂層隔膜的制備則是通過(guò)在基膜上涂覆納米級(jí)纖維，提高隔膜的耐高溫收縮性，同時(shí)電極兼容性和粘接性也得到了改良，此外，隔膜對(duì)電解液的親和性和吸收性也得到了增加，現(xiàn)有隔膜得到了極大的改良。國(guó)內(nèi)專家以PE膜為基膜，涂覆納米 Al2O3和PVDF顆粒，制備了具有較高電化學(xué)穩(wěn)定性和電解液親和性的納米顆粒涂層隔膜。國(guó)際上，專家還利用靜電紡絲技術(shù)，將PVDF納米纖維涂覆在六氟丙烯(CTFE)基膜上來(lái)增強(qiáng)隔膜與電極的粘附能力，從而提升了隔膜對(duì)電解質(zhì)的吸收能力。

　　此外還有靜電紡絲隔膜。靜電紡絲技術(shù)是將電場(chǎng)施加于聚合物熔體或溶液，從而使其霧化以形成微射流來(lái)制造出納米級(jí)纖維的技術(shù)。靜電紡絲隔膜不僅原料取材范圍光，而且還具有表面積大、纖維孔徑小、孔隙率高、長(zhǎng)徑比大燈一系列有點(diǎn)。目前可用于靜電紡絲隔膜的聚合物主要有聚偏氟乙烯六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯三氟氯乙烯(PVDF-CTFE)、聚醚砜酮(PPESK)、聚酯(PET)、聚酰亞胺(PI)等。國(guó)內(nèi)專家通過(guò)該技術(shù)制成一層納米纖維膜，然后將聚合物與納米顆粒混合后的溶液對(duì)制得的膜進(jìn)行靜電噴霧和進(jìn)店紡絲，得到電化學(xué)穩(wěn)定性、吸液率、與熱尺寸穩(wěn)定性較好的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合隔膜。國(guó)際上則采用電紡絲技術(shù)制備了在較寬溫度范圍內(nèi)具有較好的離子導(dǎo)電率的PVDF-CTFE 纖維膜，該隔膜阻隔正負(fù)電極的效果較好。

　　雖然靜電紡絲隔膜具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，但不可否認(rèn)其力學(xué)性能有待提高。為了克服之一缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)專家在靜電紡絲設(shè)備中交替注入PVDF和PAN 紡絲液，制備的隔膜中的PVDF 和PAN納米纖維排列雜亂，同時(shí)對(duì)該隔膜加溫加壓來(lái)使得部分纖維轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，制備的隔膜的力學(xué)性能得到明顯提升。國(guó)際上，LIU Z 等專家分別以聚丙烯酸(PAA)、PVDF-HFP作為芯層和皮層紡絲液，將復(fù)合納米纖維膜亞胺化后 ，制備出PVDF-HFP部分熔融相互粘結(jié)、具有更高強(qiáng)度的纖維膜。此外，通過(guò)與熱處理技術(shù)結(jié)合，J H LEE等開(kāi)發(fā)了斷裂強(qiáng)度高達(dá)50 MPa的部分氧化的PAN隔膜。

　　鋰離子電池隔膜未來(lái)發(fā)展方向

　　首先是鋰離子電池隔膜材料的多樣化，特種聚合物材料、生物質(zhì)復(fù)合材料逐漸用于隔膜產(chǎn)品;通過(guò)添加PE微粉、無(wú)機(jī)顆粒或多種隔膜復(fù)合等提高鋰電池隔膜的安全性能和輸出功率等。其次是隔膜制備方法和微孔結(jié)構(gòu)的多元化，如采用靜電紡絲法制備孔隙率更高、微孔更小的隔膜，通過(guò)抽出法在薺菜中的可溶性物質(zhì)制備出備微孔隔膜，還可以利用重離子輻照刻蝕微孔，使得隔膜分布均勻、空島上下貫通。另外還應(yīng)關(guān)注生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本較低的高性能薄膜，目前由于隔膜的成本和結(jié)構(gòu)制約，商業(yè)化的隔膜以PP、PE為主且地位難以動(dòng)搖，可以通過(guò)涂覆、表面改性、接枝等方法，尋求能夠提升性能和制造工藝的隔膜材料。此外，隨著隔膜的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、理化性能、電化學(xué)性能要求的日益提升，進(jìn)一步完善完善相關(guān)的應(yīng)用評(píng)價(jià)系統(tǒng)也是未來(lái)重要的發(fā)展方向。

　　結(jié)語(yǔ)

　　鋰離子電池隔膜性能的優(yōu)劣對(duì)電池的整體性能起著決定性的作用，傳統(tǒng)鋰離子電池多采用聚烯烴隔膜，多為單層結(jié)構(gòu)或者三層結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)制備方法可分為濕法工藝(PE膜)和干法工(PP膜)藝。目前的研究領(lǐng)域重點(diǎn)集中在多層復(fù)合隔膜、有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合隔膜、納米纖維涂層隔膜，此外還有靜電紡絲隔膜。鋰離子電池隔膜未來(lái)發(fā)展方向則包含隔膜材料的多樣化、制備方法和微孔結(jié)構(gòu)的多元化、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本較低的高性能薄膜和相關(guān)的應(yīng)用評(píng)價(jià)系統(tǒng)的完善。