锂离子电池隔膜现状及发展趋势

　　摘要：随着科技的进步，锂离子电池技术和相关材料也得到迅速发展，提高了锂离子电池的性能，扩大了锂离子电池的应用范围，特别是在混合动力公交车、电动汽车、航空航天、人造卫星和储能等领域得到普遍应用。随着社会生产和人们生活对锂离子电池需求量的日益增大，其锂离子电池核心组成部分之一的隔膜要求也越来越高。开发高性能、低成本电池隔膜始终是锂离子电池领域的重要研究方向之一。

　　关键词：锂离子电池隔膜;研究现状;发展趋势

　　1锂离子电池隔膜性能要求

　　隔膜在锂离子电池中的主要作用为隔离正负电极，防止电池内部短路;并提供锂离子迁移的良好通道，保证电化学反应顺利进行。因此作为锂离子电池的“第三电极”，决定了电池的界面结构、电解质的保持性和电池的内阻等，进而影响电池的容量、循环性能、充放电效率及安全性等关键特性，其应具备如下性能要求。

　　1.1锂离子透过性

　　隔膜的离子透过性受到孔径、孔径分布、孔隙率、孔曲折度等结构因素的综合影响。

　　1.2机械强度

　　隔膜应具备良好的抗张强度和抗刺穿强度，防止电池在长期充放电循环运行中其强度衰减以及电极材料在电池内部形成枝晶，保证其良好的结构稳定性和安全性。

　　1.3热稳定性

　　锂离子电池在充放电过程中产生热量，尤其是短路或过充电时，会有大量热量释放，所以要求在-20℃～90℃，隔膜能够保持良好的机械强度和尺寸稳定性，起到隔离正负极防止短路的作用。

　　1.4电解液润湿性

　　为降低内阻，增大离子导电性，提高电池的充放电性能和容量，要求隔膜与电解液之间有良好的亲和性，即隔膜能被电解液充分且快速浸润。

　　2锂离子电池隔膜研究现状

　　2.1聚合物锂离子电池隔膜制备技术

　　近年来以加工性能、质量、材料价格、安全等方面独特优势兴起的聚合物锂离子电池，要求隔膜具有很好的吸液性能。较早的聚合物电解质隔膜是由美国Belleore公司1994年研制的由聚偏氟乙烯(PVDF)/六氟丙烯(HFP)的共聚物制成的多孔膜，基本制备方法是以(PVDF-HFP)共聚物与一定比例的增塑剂共溶于有机溶剂中制成膜后，再用有机溶剂将该增塑剂抽提出来制成具有一定微孔结构的膜，然后浸取电解质溶液，其吸附电解液后，具有较高的电导率和良好的机械性能，但没能规模化生产。利用倒相法制备PVDF薄膜，通过调节聚合物与溶剂、非溶剂之间的配比，可以制备出具有不同厚度、孔径尺寸、孔隙率的微孔聚合物倒相膜，此法工艺简单，制备的薄膜具有一定的离子电导率和机械强度，但其综合性能尚需进一步验证。

　　2.2拉伸法技术

　　拉伸法是将聚烯烃树脂熔融，挤压、吹制成薄膜，经过结晶化热处理、退火后，得到高度取向的多层结构，在高温下进一步拉伸，将结晶界面进行剥离，形成多孔结构，可以增加隔膜的孔径，多孔结构与聚合物的结晶性、取向性有关，该法易于工业化生产且无污染，是目前广泛采用的方法。

　　2.3相分离法技术

　　相分离法是指在高温下将聚合物溶于高沸点、低挥发性的溶剂中形成均相液，然后降温冷却，导致溶液产生液-固相分离或液-液相分离，再选用挥发性试剂将高沸点溶剂萃取出来，经过干燥获得一定结构形状的高分子微孔膜。在隔膜用微孔膜制造过程中，可以在溶剂萃取前进行单向或双向拉伸，萃取后进行定型处理并收卷成膜，也可以在萃取后进行拉伸，用这种方法生产的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)微孔膜具有良好的机械性能。已有科研人员详细论述了热致相分离法制备高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UH-MWPE)共混隔膜的制备，发现膜的机械强度和拉伸性能由UHMWPE分子量及其在共混物中的含量决定，这种方法制备的隔膜，可以通过在凝胶固化过程中控制溶液的组成和溶剂的挥发，改变其性能和结构，采用的原料一般是聚乙烯。

　　2.4隔膜特殊制备技术——静电纺丝

　　静电纺丝制得的纳米纤维较传统纺丝纤维直径小1～2个数量级，具有极高的比表面积。将纳米纤维交织成网状多孔膜，即可用于锂离子电池隔膜。通常静电纺丝制备的隔膜孔隙率高大80%，具有良好的离子透过性，并大幅降低电池电阻，且强度基本不受孔隙率大小的影响，能够同时实现高孔隙率和高强度的要求，同时兼具良好的电解液浸润性，稳定性突出。

　　3锂离子电池隔膜发展趋势

　　3.1现有材料的改进

　　为保证安全性，锂离子电池隔膜通常要求闭孔温度较低和熔断温度较高。以干法制备的PP隔膜通常情况下闭孔温度和熔断温度均很高，而以湿法制备的PE隔膜闭孔温度和熔断温度均较低。多层隔膜结合了PE和PP的优点，因此其研究受到广泛关注。PE和PP隔膜对电解质的亲和性较差，吸液率低，需进行改性，如在PE、PP微孔膜的表面接枝亲水性单体或改变电解质中的有机溶剂等。

　　3.2表面改性

　　PE和PP隔膜对电解质的亲和性较差，吸液率低，需要进行改性，目前有以下几种方法：一是在PE、PP微孔膜的表面接枝亲水性单体或改变电解质中的有机溶剂;二是表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯;三是涂覆PVDF(聚偏二氟乙烯)，在表面形成一层改性膜，降低隔膜厚度，减小电池体积;四是用聚苯并咪唑处理PP，可以弥补其润湿能力差的弱点;五是用PAN(聚丙烯腈)、PEO(聚环氧乙烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PVC、PVDF(聚偏氟乙烯)、橡胶等改性。

　　3.3聚合物电解质隔膜(锂聚合物电池)

　　液体锂离子电池内部始终存在着流动的液体电解液。在膜充放电循环使用过程中，电解液不可避免地与正负极材料发生氧化还原副反应，消耗电池中的电解液，导致电池贫锂，从而产生安全隐患。聚合物锂离子电池采用固态(胶体)电解质代替液态电解质，不会产生漏液及燃烧爆炸等安全问题。使用的聚合物电解质具有电解质和隔膜的双重作用。

　　3.4其他发展趋势

　　①提高良品率：由于市场的供过于求，隔膜价格下降导致隔膜企业的利润率已经有了大幅度下滑，外部市场不利的情况下企业要想办法自救。企业能够有较高的良品率，较低的生产成本，才能在激烈的市场竞争中生存，提高良品率已经成为企业的当务之急。

　　②研制超薄隔膜：随着市场的发展，更轻薄、更小巧的3C电子产品将不断进入我们的生活，这类产品需要更薄的锂离子电池隔膜来制作电池，同时，锂电池对容量的追求也需要薄膜往轻薄化方向发展。但超薄隔膜的生产制备对设备、工艺的要求很高，企业如果能够掌握超薄隔膜的制作技术必然在未来的竞争中处于非常有利的位置。

　　③提高隔膜的吸液性能：目前锂离子电池的容量问题已经越来越突出，不管是智能手机还是动力汽车，其待机时间或续航里程与消费者的需求之间的矛盾日益突出。如果企业在超薄电池隔膜方面难以有更好的突破，可以想办法改善隔膜的吸液性能，因为改善吸液性能同样能够提高电池的容量。

　　电池能源论文：锂电池储能舱运行状态信息采集系统研究

　　结 语：

　　目前国产隔膜主要用于低端手机电池，但隔膜未来的研发重点是新能源汽车动力电池和电力系统储能电池隔膜。应重点解决隔膜的耐热性能，生产能在充、放电过程中大面积正、负极短路后仍能保持隔膜完整性的耐高温复合隔膜;在不影响容量的前提下，作出更薄的能满足小巧、微型产品需要的隔膜和满足动力电池性能需求的多功能复合薄膜;开发吸液性能、保液性能更好的隔膜，提高离子电导率。研发聚合物电解质隔膜、纤维隔膜等新产品。

　　参考文献：

　　徐京生.锂离子电池隔膜现状及发展趋势[J].新材料产业，2011.

　　张伟，吴耀根.锂电池隔膜行业现状与发展趋势探讨[J].塑料制造，2015.

　　墨柯[J].锂离子电池隔膜产业发展现状及趋势分析[J].新材料产业，2013.

　　作者：张一麟

转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/dzlw/26524.html