试论锂离子电池隔膜材料产业现状与研究进展

摘 要：本文介绍了锂电隔膜的功能及影响要素，我们提出了对锂电池隔膜材料的创新运用与研究，注意共混改性与涂覆改性等隔膜材料的选择与改性的研究。

关键词：锂离子电池；隔膜材料；产业现状

根据我国电子信息产业的发展统计数据显示，这些年来，我国市场对锂离子电池的需求量在不断地提升，这也就使得与之相关的隔膜需求量也在稳步上升。就2016的调查数据，就能看出我国的锂离子电池生产活动对进口隔膜规模便高达亿级平方米，其一方面推动了电子产业的附加发生了变化。为此加强对隔膜材料的研究显得十分必要，这既是对锂离子电池生产质量的提升，也是对其使用安全性的保障。

1 锂电隔膜的功能及影响要素

隔膜的制造材料能够让电池的使用活动更具稳定性与安全性。为此，隔膜本身需要具备卓越的绝缘性，同时，其机械强度、化学稳定性等要素也要满足锂电池使用所需。为了达到这一生产目的，在选择隔膜材料的时候，应当主动地将材料的物理属性与化学属性进行明确。就目前而言，选择最为广泛的材料应当是聚丙烯微孔膜以及聚乙烯微孔膜。另外，处于初步使用阶段以及研发阶段的材料还包括了：无纺布-陶瓷颗粒复合膜以及聚酰亚胺（PI）等。电池的锂离子导通功能是通过隔膜的构造和微孔结构特性实现的。

随着市场的发展，电池的稳定性与安全性是保障其能够获得市场认可的关键所在。因此，电池制造企业在对隔膜进行选择的时候，应当主动地增强其安全性，以此来更好地满足市场所需。另外，一些特殊的电池本身对隔膜受热能力有着更高的要求，需要其在180℃的环境下一小时后的收缩度小于2%；国外一些电池企业甚至寻求可以在250～300℃温区尺寸保持稳定的隔膜。隔膜的厚度在保证安全的前提下当然是越薄越好。对于卷绕电池，隔膜厚度越薄，电池内阻越小，可以留出更多的空间给电极材料，并且能减少极片卷绕过程中的错位；但厚度过薄，力学性能将会受到影响，更容易被大颗粒、极片毛刺和枝晶刺穿，导致电池安全系数降低。而叠片电池的毛刺少，对厚度要求则不高。

2 隔膜材料的选择与改性研究

2.1 对锂电池隔膜材料的创新运用与研究

在生产锂电池隔膜材料的时候，辐照法成为了近年来的创新方法。选择电子线亦或者γ射线来产生辐照作用，使得高分子膜的离子路径得以发生改变，达到断裂排序的目的，讓聚合物分子得以形成自由基，此时，隔膜材料的化学反应能力便大幅提升，能够借助化学试剂对隔膜进行蚀刻，从而形成孔洞。此制备方法下，聚合物熔融温度随着辐射程度的不断增加而升高，当辐射剂量达到200kGy时，普通的PE隔膜闭孔温度高达137℃，具有良好的热收缩性。基于静电纺丝法的高能离子电池隔膜系统主要包括了喷丝头、高压发生器以及输液系和接丝系统，接丝系统和喷丝头相互作用而形成的高压静电场中，高分子溶液的流束被分割为若干细流，从而使溶剂挥发，并在接丝系统中形成纤维膜，具有良好的孔隙率与机械强度。

2.2 共混改性

通过对材料为聚偏氟乙烯的PVDF膜进行研究的时候，可以发现其有着更高的介电常数以及电子吸附能力，所以被广泛地运用于笔记本电脑以及手机设备的锂电池中。其中，需要意识到的是：因为PVDF隔膜具备着高结晶性的特征，因此其会让锂离子电池离子的电导率不断下降。而解决这一问题的方法通常为使聚合物基质同与其相适应的聚合物进行混合，以此提高离子电导率。有学者借助相转化法在PVDF隔膜中混入PDMS，从而得到二者的共混隔膜，研究结果表明，在加入PDMS后，PVDF隔膜的结晶性大幅下降，且电解质持液量与离子电导率也有所提升。此外，在PAN隔膜中，将LLTO亚微米级陶瓷微粒分散在PAN溶液当中，从而使二者混合形成了具有多孔结构的复合纤维膜，相较于原有的PAN隔膜，此复合纤维膜具有跟高的电解质溶液持液量，有效增加了复合材料中锂离子的传导率。

2.3 涂覆改性

在弥补锂离子电池隔膜机械强度的时候，可以选择涂覆法。有些专家与工程师等（2013）将由氧化铝纳米粒子以及PVDF-HFP混合构成的溶胶聚合物电解质分别涂覆在高分子PE多孔膜的两侧，并对影响PE隔膜结构与性能的因素进行研究，结果表明，涂渍溶液同溶剂—非溶剂之间的相容度对PE膜符合涂层的微孔结构具有较大影响，当二者相容参数差异较大时，PE隔膜所具备的化学性能越加优异。同时，为了使锂离子电池放电的速率得到进一步提升，从而满足其应用过程中大功率放电需求，其通过利用涂覆法将具有较高堆积密度的PMMA纳米颗粒涂覆在锂离子电池的PE膜两侧，结果表明，在涂覆PMMA纳米颗粒后，锂离子电池的放电性得到大幅提升。

3 结语

总之，我国的锂离子电池活动的发展正处于一个初级阶段，其本身要达到国际领先标准还有着较长的一段路要走。近几年来，石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源充足，锂离子嵌入碳中，克服了锂的高活性，解决了传统锂电池存在的安全问题，正极LixCoO2在充、放电性能和寿命上均能达到较高水平，使成本降低，总之锂离子电池的综合性能提高了。为了提升该电池的产能水平，笔者认为我国企业只有注重于对技术与产能的发展，让储备能量释放出来，才能让我国锂电池隔膜的生产质量、性能得到显著提升。

参考文献：

[1]于建香，刘太奇.静电纺丝法制备锂离子电池隔膜的研究进展[J].新技术新工艺，2012（5）：61-64.