隔膜與正負極材料、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極、允許電解液中鋰離子自由通過、阻隔充放電時電路中電子通過的重要作用，可在電池溫度升高或充放電的情形中有選擇地進行微孔閉合，以防止電流過大和短路。本文將重點討論國內(nèi)外鋰離子電池隔膜的研究現(xiàn)狀和未來發(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、應(yīng)用范圍等等我們已經(jīng)在《淺析我國動力電池的現(xiàn)狀和未來趨勢》一文中簡單地比較過。需要補充的是，采用干法工藝制膜的代表公司有國內(nèi)的星源材質(zhì)、東航光電、滄州明珠、新鄉(xiāng)格瑞恩新時科技和美國Celgard以及日本UBE(宇部)等，而采用濕法制膜的代表公司則有國內(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Entek以及等等。在下文中，我們將重點討論鋰離子電池隔膜的研究現(xiàn)狀。

　　國內(nèi)外鋰離子隔膜研究現(xiàn)狀

　　首先是多層復(fù)合隔膜。美國 Celgard 公司自主開發(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，有效地增強了電池的安全性能;但不足的是PP膜和PE膜對電解質(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)會使得短路面積急劇擴大，造成熱量瞬間上升，增大爆炸的風險。

　　第二是有機/無機復(fù)合隔膜。有機/無機復(fù)合隔膜是將無機材料(如SiO2、Al2O3)涂覆在無紡布或聚烯烴薄膜上,通過無機、有機材料的互補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，既具有有機材料有效的閉合功能和柔韌的特點，能有效防止短路;同時又兼?zhèn)錈o機材料了吸收電解液中微量水、傳熱效率低和電池內(nèi)熱失控點不易擴大的優(yōu)點，電池使用壽命也得以延長。國內(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，通過凹輥滾壓工藝來制備了PET基無紡布雙涂層隔膜，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紡布上制備得來。日本Hitachi Maxell公司則在基膜表面涂覆上板狀無機顆粒，制得的隔膜具有高溫下性狀完整的優(yōu)點。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在基膜上涂覆納米級纖維，提高隔膜的耐高溫收縮性，同時電極兼容性和粘接性也得到了改良，此外，隔膜對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)基膜上來增強隔膜與電極的粘附能力，從而提升了隔膜對電解質(zhì)的吸收能力。

　　此外還有靜電紡絲隔膜。靜電紡絲技術(shù)是將電場施加于聚合物熔體或溶液，從而使其霧化以形成微射流來制造出納米級纖維的技術(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、長徑比大燈一系列有點。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。國內(nèi)專家通過該技術(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制得的膜進行靜電噴霧和進店紡絲，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，但不可否認其力學(xué)性能有待提高。為了克服之一缺點，國內(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，同時對該隔膜加溫加壓來使得部分纖維轉(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)、具有更高強度的纖維膜。此外，通過與熱處理技術(shù)結(jié)合，J H LEE等開發(fā)了斷裂強度高達50 MPa的部分氧化的PAN隔膜。

　　鋰離子電池隔膜未來發(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;通過添加PE微粉、無機顆粒或多種隔膜復(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為主且地位難以動搖，可以通過涂覆、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，進一步完善完善相關(guān)的應(yīng)用評價系統(tǒng)也是未來重要的發(fā)展方向。

　　結(jié)語

　　鋰離子電池隔膜性能的優(yōu)劣對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)域重點集中在多層復(fù)合隔膜、有機/無機復(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)工藝簡單、成本較低的高性能薄膜和相關(guān)的應(yīng)用評價系統(tǒng)的完善。