常志军
沧州明珠塑料股份有限公司 061000
摘要：锂离子电池隔膜是锂离子电池结构中四大主要材料之一，主要是提供电解液中锂离子迁移通道，并隔绝正负极反应避免短路发生，是影响锂离子电池性能和安全性等的重要材料。本文对锂离子电池隔膜材料的研究进展进行分析，希望能够为锂离子电池的生产提供帮助。
关键词：锂离子电池；隔膜材料；研究进展
1.隔膜的性能要求
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，隔膜作为四大核心材料之一，其主要作用是：①将正负极隔开，防止短路；②离子导通，锂离子可以自由通过；③电子绝缘，阻碍电子传输。隔膜是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件之一，其结构和性能与电池的性能发挥有很大关系，不仅可以影响电池的容量、内阻和循环寿命等，也与电池的安全性能息息相关。
锂离子电池隔膜作为锂离子电池四大主要材料之一，一般是绝缘性较好的材料，提供锂离子在电解液中的迁移通道。隔膜的性能参数对电池性能影响重大，例如在常用的商用隔膜材料中，材料的厚度直接影响电池内阻，孔隙大小和分布将会影响传输锂离子性能等，因此制备高性能隔膜材料对于电池的性能发挥和实际应用至关重要。影响锂离子电池隔膜性能的主要因素包括隔膜化学稳定性、力学强度、孔隙率大小及润湿性、安全保护的自关闭性能等几个方面。
1.锂离子电池隔膜制备方法
2.1干法工艺
干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄膜，经过结晶化处理、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，可以增加薄膜的孔径。干法按拉伸方向不同可分为干法单向拉伸和双向拉伸。①干法单向拉伸工艺是通过硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向PE或PP隔膜，再高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成银纹等缺陷，然后在高温下使缺陷拉开，形成微孔。②干法双向拉伸工艺通过在PP中加入具有成核作用的β晶型改进剂，利用PP不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔。
2.2湿法制备工艺
湿法制备工艺通过将一些液体化的小分子类物质与聚烯烃树脂进行搅拌混合，对其进行及高温加热处理，使得充分融合，并对这种高温液体进行降温处理、分离杂质等工序，对剩下的物质进行压制处理得到薄膜片，然后再进行高温加热达到薄膜熔点，接着采用双向拉伸工艺决定分子链的取向，最后对薄膜材料进行冷却，利用材料的高温挥发物质蒸发带走膜片上残存的溶剂。采用这种方法制造出的薄膜，其表面孔洞更加相互贯通。
1.锂离子电池隔膜材料的研究进展
3.1微孔聚烯烃隔膜
微孔聚烯烃隔膜是目前市场化程度最高的锂离子电池隔膜，其中以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为代表。微孔聚烯烃隔膜因具有良好的稳定性、力学性能以及较低的成本等优点，在锂电池隔膜中处于领先地位。在实际应用中，主流产品又可分为单层聚丙烯膜、单层聚乙烯膜和三层PP/PE/PP复合膜。
3.2改性聚烯烃隔膜
虽然聚烯烃隔膜应用广泛，但仍存在许多不足之处，如对电解液的亲和性较差、高温下容易发生热收缩、孔隙率偏低，这也影响着电池的性能。因此，研究人员对传统的聚烯烃隔膜进行了改性。表面接枝法是对聚烯烃隔膜改性的一种手段，虽然可以明显改善聚烯烃隔膜的亲水性效果，但实际生产工艺过程相对比较复杂，生产成本会大幅度增加;表面涂覆法相比较复杂的表面接枝法更为方便有效。
通过涂覆、喷涂或原子层沉积等形式在聚烯烃隔膜表面涂覆一层亲水性物质，就可以改善隔膜的亲水性。改性后的隔膜与未处理的隔膜相比，具有更好的离子电导率和润湿性，有效地提高了锂离子电池的倍率性能和循环寿命。
3.3无纺布类隔膜
无纺布是由定向的或随机的纤维而构成。因具有布的外观和某些性能而称其为布。其具有不助燃、容易分解、柔韧、无毒无刺激性、质轻、价格低廉、可循环再用等特点，因此被用作锂离子电池隔膜材料。目前主要有天然纤维、微纤化纤维素、纤维素类纳米纤维三种类型。①天然纤维因其优异的热化学稳定性、成本低可再生等优点，常被用作锂离子电池隔膜材料。但天然纤维耐热性差，一般采用添加硅和阻燃剂的手段提升其热稳定性；②使用高压机械处理天然纤维，可使其高度润胀得到一种胶体状纳米纤维素，即微纤化纤维素。它比天然纤维有更良好的机械性能和热稳定性等性能，更适用于隔膜材料；③在纤维素微纤维基础上，将其通过一定手段分离为小尺寸的数根的集合体，被称为纤维素纳米纤维。纳米尺寸材料一般具有优良的力学性能。这种纤维制成的隔膜材料孔隙率高，锂离子传输能力强，安全性高且成本较低，其他方面也优于天然纤维制成的隔膜材料。
3.4陶瓷复合隔膜
陶瓷复合是有机材料与复合材料结合的结果，有机材料赋予复合隔膜足够的柔韧性与力学性能，陶瓷材料可有效提高隔膜的亲水性和电池的安全性。其结构类型主要包括单层复合、双层复合、原位复合与体相复合等。陶瓷隔膜的设计主要涉及三大部分：基膜、聚合物粘结剂、陶瓷材料。其中陶瓷材料的颗粒尺寸、颗粒形貌、含量、颗粒表面化学等对于陶瓷复合隔膜的孔隙率、机械强度、电阻率等都有影响。
3.5聚合物电解质隔膜
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。其使用的聚合物电解质具有电解质和隔膜的双重作用，一般以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为原料或对其进行改性。当然也存在价格及其他一些技术问题，如常温下离子电导率低等是限制其应用的重要原因。聚合物电解质要完全代替PE、PP膜而单独作为锂离子电池隔膜，还有许多问题需要解决。
1.锂离子电池隔膜的展望
锂离子电池隔膜的进步和发展是建立在锂离子电池发展的基础上的，两者是“命运共同体”，隔膜技术是随着电池技术的不断发展而进步的。首先从锂离子电池的体积上来说，电池的体积在向两极化发展，要么微型化、要么巨型化，所以电池的进步和发展对隔膜技术的标准也愈发提高。通过对锂离子电池市场进行分析，汽车动力电池将是未来的主要发展方向，汽车电池产业必将快速兴起，届时对电池隔膜的需求量也会极大增加。
锂离子电池的发展趋势是进一步降低制造成本，提高安全性和循环寿命，开发出可再生能源储能电池和电动车用电池。随着锂离子电池的飞速发展，隔膜的市场及发展前景非常可观，聚烯烃微孔膜以其特殊的结构与性能，在液态锂离子电池中占据了绝对的主导地位；随着对锂离子电池性能要求的提高，使隔膜的制备方法呈多样化，制备工艺不断完善，改性技术被广泛研究，同时新型锂离子电池隔膜也将得到快速发展。
结 语：
隔膜是锂离子电池中的关键组分，锂离子电池的进步是建立在锂离子电池隔膜发展的基础上的。近年来，随着经济水平的不断提高和国家政策的支持，我国锂离子电池隔膜行业进步飞快。提高隔膜的均匀性、安全性能及电化学性能仍然是隔膜发展的主流方向，随着材料开发技术的发展与工艺流程的完善与提升，未来将有更多新型隔膜产品从实验室走向市场，获得更多的市场认可和应用。
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