一、隔膜重要性

鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解質(zhì)、隔膜、封裝材料等五部分組成。

隔膜在正負極之間起電子絕緣、提供理離子遷移微孔通道的作用，是保證電池體系安全、影響電池性能的關(guān)鍵材料。盡管隔膜不直接參與電極反應，但它影響電池動(dòng)力學(xué)過(guò)程，決定著(zhù)電池的充放電、循環(huán)壽命、倍率等性能。

近些年，科研人員和相關(guān)企業(yè)對隔膜材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)技術(shù)的突破有著(zhù)濃厚的興趣。根據中國科學(xué)院專(zhuān)利在線(xiàn)分析系統，以中文"鋰離子電池、隔膜"為關(guān)鍵詞，檢索到專(zhuān)利申請共2106項（截止2015年9月），其中授權專(zhuān)利占51.19%，有效專(zhuān)利共1078項。以中文“聚乙烯、隔膜”、“聚丙烯、隔膜”、“陶瓷、隔膜”、“改性、隔膜”為關(guān)鍵詞，檢索到專(zhuān)利申請分別有419、415、390、272項，授權率分別為44.4%、42.4%、32.0%、33.1%，有效專(zhuān)利分別為186、176、125、90項。經(jīng)統計分析發(fā)現。

近年來(lái)在理電隔膜研發(fā)和技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)詞匯是：：高安全性、新材料、陶瓷、涂覆和提高潤濕性等。同時(shí)，最近十年，特別是最近五年，涉及埋電隔膜的專(zhuān)利申請呈加速上升趨勢。

二、鋰電隔膜的功能

隔膜在理離子電池中的功能主要體現在兩個(gè)方面：

一是給電池提供安全保障。隔膜材料首先必須具備良好的絕緣性，以防止正負極接觸短路或是被毛刺、顆粒、枝晶刺穿而出現的短路，因此，隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺強度，不易撕裂，并在突發(fā)的高溫條件下基本保持尺寸的穩定，不會(huì )熔縮導致電池的大面積短路和熱失控。

二是給理離子電池提供實(shí)現充放電功能、倍率性能的微孔通道。因此，隔膜必須是具有較高孔隙率而且微孔分布均勻的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制約著(zhù)電池中鋰離子的遷移，體現在性能參數上就是離子電導率。

三、鋰電隔膜的影響要素

給電池提供安全保障是從隔膜制造材料的基本屬性體現的。安全性要求決定著(zhù)隔膜必須具有出眾的絕緣性、機械強度、化學(xué)穩定性、電化學(xué)穩定性和熱穩定性。因此，制造隔膜的材料只能從絕緣性好、具有良好的成膜性能、力學(xué)性能和易于加工的聚合物及其復合材料中選擇。

目前已商品化的主流材料是聚丙烯微孔膜和聚乙烯微孔膜，發(fā)展中的材料如無(wú)紡布陶瓷顆粒復合膜，研發(fā)中的材料如聚酰亞胺（PI）等。

電池的鋰離子導通功能是通過(guò)隔膜的構造和微孔結構特性實(shí)現的。對這一性能產(chǎn)生影響的還有一些材料本身的固有屬性。對鋰離子導通的要求決定了隔膜需要對電解液有良好的潤濕性，因為只有吸收并保留適量的電解液在隔膜孔隙結構中，才能實(shí)現理離子遷移和正常工作，避免電極極化的發(fā)生。隔膜的微結構，如孔徑及其分布、孔隙率、空氣透過(guò)（Gurley值）、尺寸穩定性等因素都與離子電導率相關(guān)，顯著(zhù)影響電池的性能。

隨著(zhù)業(yè)界對電池安全性重視程度的不斷提升電池企業(yè)對隔膜安全性的要求與期望也持續提高，在某些特殊型號電池的應用中對隔膜材料受熱收縮比例的要求已經(jīng)提高到180℃受熱60min后收縮小于2%，而國外一些電池企業(yè)甚至尋求可以在250~300"C溫區尺寸保持穩定的隔膜。

隔膜的厚度在保證安全的前提下當然是越薄越好。對于卷繞電池，隔膜厚度越薄，電池內阻越小，可以留出更多的空間給電極材料，并且能減少極片卷繞過(guò)程中的錯位。但若只是一味強調厚度變薄，力學(xué)性能將受到影響，更容易被大顆粒、極片毛刺和枝晶刺穿，導致電池安全系數降低。而疊片電池的毛刺少，對厚度要求則不高。

隨著(zhù)鋰離子電池材料體系、用途、容量、形狀的日趨多樣化，對隔膜性能及技術(shù)指標的要求也逐細化，生產(chǎn)企業(yè)對隔膜的理解也更加深入�？墒�，目前還沒(méi)有哪一種隔膜在所有技術(shù)參數方面都出色。

因此，在給電池選擇隔膜時(shí)應當有所側重，衡量要突出哪種性能，是安全性、功率性能還是循壽命？根據電池設計和應用領(lǐng)域不同，隔膜應用的種類(lèi)也應有所不同。關(guān)于隔膜各項技術(shù)參數具體的分析己有相關(guān)報道。

鋰電隔膜性能要求及幾種商品膜性能參數

四、鋰電隔膜主要技術(shù)進(jìn)展

1、聚烯烴表面改性

在單層聚烯烴隔膜上加入或者復合具有親液性能、耐高溫性能等特性的材料，從而獲得性能更加優(yōu)異的復合隔膜，是制備高性能隔膜的一大研究方向。

目前常用的工藝包括涂覆、浸涂、噴涂、復合等。有研究表明在PE隔膜上涂覆聚芳酯材料，形成多孔聚合物沉淀物的復合隔膜，由于聚芳酯具有良好的耐熱性能，復合隔膜熔融溫度提高到大于180℃。

通過(guò)浸涂法在PE隔膜上涂覆多巴胺，獲得的改性隔膜具有更高的吸附電解液的性能，有效地改善了隔膜的高倍率循環(huán)性能。

使用PVDF/SiO2的混合物改性聚烯烴隔膜，使復合隔膜同時(shí)具備PVDF的親電解液性能和Si02的耐高溫性能，制各的鍾離子電池在2C放電倍率下，其充放電效率達到94%.

2、聚烯烴-陶瓷復合隔膜

聚烯烴類(lèi)有機隔膜且具有較好的力學(xué)性能及成本低等特點(diǎn)，但在熱穩定性、親液性等方面存在不足，所以作為電池隔膜，其安全性能有待提升。因此，在聚烯烴類(lèi)有機隔膜上涂覆無(wú)機陶瓷顆粒而制備出復合膜的工藝應運而生。

雖然陶瓷涂層給電池性能帶來(lái)怎樣的影響仍需更深入的研究和評價(jià)才能得出最終的結論，但這一技術(shù)卻被許多隔膜企業(yè)和電池企業(yè)爭相仿效，得到了迅速的推廣。

在聚合物陶瓷復合膜中，聚烯烴類(lèi)有機微孔膜材料提供柔韌性以滿(mǎn)足電池裝配工藝的需求。無(wú)機陶瓷顆粒則在復合膜中形成剛性骨架，防止隔膜在高溫條件下發(fā)生收縮甚至熔融，以提升電池安全性能。粘合劑則對陶瓷復合膜的表面性質(zhì)、孔道結構、機械強度等性能有重要影響。

聚合物-陶瓷復合膜在一定程度上提高了聚烯經(jīng)類(lèi)隔膜的熱穩定性及電解液潤濕性，但是這種復合技術(shù)存在的最大問(wèn)題是陶瓷相與有機相結合力較弱，易出現陶瓷脫落（掉粉現象。通過(guò)合理調控稀合劑用量、采用原位復合技術(shù)將無(wú)機陶瓷顆粒被預先分散在成膜溶液中，通過(guò)濕法雙向拉伸技術(shù)或靜電紡絲法制成隔膜的工藝過(guò)程等方法可以在一定程度上緩解這一現象。

以聚烯烴隔膜為基材的復合隔膜產(chǎn)品，主要保持了聚烯烴隔膜易于拉伸成孔的可加工性，同時(shí)改善了隔膜的安全性、親液性等特性，在隔膜的換代產(chǎn)品實(shí)現商品化之前，仍將占據主要的市場(chǎng)份額。

3、新材料體系

按照所用材料，電池隔膜分為聚烯烴改性隔膜和新材料體系隔膜。其中新材料體系主要有含氟聚合物類(lèi)隔膜、纖維素類(lèi)隔膜、聚酰亞胺（PI）類(lèi)隔膜、聚酯（PET）類(lèi)隔膜及其它聚合物陶瓷復合隔膜等。

（1）含氟聚合物隔膜主要是指PVDF隔膜材料。從材料角度可以將其分為單一聚合物、多元聚合物和有機無(wú)機復合物三類(lèi)。最常用的單一聚合物包括PVDF、P（VDF-HFP）（聚偏氟乙烯-六氟丙烯〉和P（VDF-TrFE）（聚偏氟乙烯-三氟乙烯）。

相比于聚烯烴類(lèi)隔膜材料，含氟聚合物材料隔膜具有更強的極性和更高的介電常數，大大的提升了隔膜的親液性，并有助于鋰鹽的離子化。

此外，這類(lèi)材料的成型方法多樣，如澆鑄法、電紡法、熱壓法等，有利于調控孔隙率。

（2）纖維素隔膜的電池性能與聚烯烴隔膜相當，但其資源豐富且可再生利用。與此同時(shí)，纖維素材料初始分解溫度較高（>270"C），熱穩定性明顯優(yōu)于聚烯烴類(lèi)材料。

早期使用的纖維素類(lèi)材料快速充放電性能優(yōu)異，但存在自放電現象，循環(huán)性能不夠穩定，耐電壓性不夠。有研究學(xué)者以無(wú)紡布纖維素為基材，P（VDF-HFP）為涂層，制得纖維素/PVDF復合隔膜，與傳統的PP膜相比，親液性明顯增強，熱穩定性大大提升。

（3）新工藝方法

隔膜的研發(fā)中核心的內容有兩個(gè)：一是新材料體系，二是可以實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)的工藝方法。離開(kāi)了高效的工藝方法，再好的材料也無(wú)法成為可以被廣泛接受的商品。

常規制備聚烯烴隔膜的方法就是干法和濕法。但是，將聚烯烴類(lèi)隔膜往更薄的方向發(fā)展，以滿(mǎn)足3C鋰離子電池的性能需求，是提升隔膜性能的一大關(guān)鍵切入點(diǎn)。

相對而言制備方法而言，聚烯烴改性隔膜的涂布工藝和設備是非常成熟的。用來(lái)做聚烯烴隔膜的涂覆改性可行性較高，可以提高聚烯烴隔膜的耐熱性及對電解液的潤濕性。目前，國內外眾多研究單位和廠(chǎng)家都有關(guān)于陶瓷涂層隔膜的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)項目。

總之，隨著(zhù)隔膜材料日益豐富、制備工藝日益成熟，相信在不久的將來(lái)，滿(mǎn)足消費需求的高安全性、強耐熱性新型隔膜將會(huì )成功問(wèn)世，對我們的生活生深遠的影響。