DETA蓄电池锂电池隔膜研究方向概述

这是一个摘要，其中提到，对于锂电池而言，隔膜是其关键的组成部分，在早期的时候，被用于商业用途的聚合物隔膜，不仅在润湿性方面表现欠佳，热稳定性也比较低，并且其原材料对环境保护不利，属于不可再生的类型。为了达成保护环境的目的，响应可持续发展所发出的号召，人们针对具备热稳定性、可降解以及可再生等诸多优点的生物质锂电池隔膜，给予了大量的关注。在当今的世界上，最大的锂电池隔膜技术来源国家，涵盖了日本、中国、韩国以及美国。锂电池隔膜的主要研究方向有多层复合设计，有新材料的引入，还有造孔工艺的开发，其目的在于提高隔膜润湿性，在于提高孔隙率，在于提高透气性，在于提高孔隙均匀性，在于提高耐热性，在于提高热闭孔性能，在于提高机械强度，在于提高离子渗透率等 。

关键词：锂电池；隔膜；研究方向

当前阶段，市面上的锂离子电池用隔膜，主要是聚烯烃材质制成的隔膜，其中主要涵盖聚乙烯、聚丙烯以及它们的多层复合隔膜。然而，聚烯烃乃是借助不可降解且不可再生的石油制产品制造而成的，大量运用这些产品，极有可能给自然环境带去风险。此外，聚合物因相对于电解质来说表面能低，且润湿性差，致使锂离子电池离子迁移率低，电化学性能差；同时，聚烯烃因固有的熔点低，进而热稳定性差，热收缩会在高于80℃的时候发生，当温度大于150℃会逐渐融化；在高功率锂电池中应用时，操作过程里温度升高可能快速让多孔隔膜收缩，更严重的是直接致使电池内部短路以及爆炸。所以，为了使得锂电池的安全以及电化学性能得以提升，制备环保型、高性能隔膜已成为当下研究的热点。

1、锂电池的构成

构成典型锂离子电池基本结构的有正极，负极，电解质，隔膜，电池壳体等，参见图1。被列为其中研究重点的有正负极材料，电解质，隔膜。作为锂电池重要内部结构件之一的隔膜，其性能对锂电池整体性能有着重要效果，在锂电池工作期间，则是用于保持实现正负极间形成离子通道，并且同时对于电子具备绝缘性 。它具有这样的作用，包含隔离正负极片，以此避免正负极片直接接触致使电池内部发生短路，当看到电池内部温度过高时，它的可熔性能够促使空隙闭合，进而有效防止电池热失控的蔓延，使之造成电池着火爆炸 。

 

图1：典型圆柱型锂离子电池基本结构

2、隔膜的要求和性能指标

于锂电池的结构里，隔膜属于内部主要构件当中的一个，电池的内阻、放电容量、循环寿命以及安全性能等特性均会被隔膜性能所影响，鉴于隔膜的性能决定了锂电池界面结构、内部阻抗等性能，高性能隔膜在提升电池整体性能这件事上起着重要作用 。

不论卷绕型式的锂电池，亦或叠片型式的，都需具备一定机械强度的隔膜。另外，隔膜的厚度、空隙大小、孔隙率以及热熔融温度，都会对电池充放电之际的运行性能产生影响。所以，若要让电池契合高性能要求，电池隔膜还得达成相应的性能指标。

常用的锂电池性能指标如表1：

表1：锂电池性能指标

参数	技术要求
透气性（s）	<35
膜厚(μm)	<25
孔隙率（%）	>40
孔径（μm）	<1
混合穿刺强度（kgf∙mil-1）	>100
穿刺强度（g∙mil-1）	>300
抗拉强度（%）	<2%1000psi下补偿
收缩率（90℃）	<5%纵向和横向
熔融完整性（℃）	>150
闭孔温度（℃）	<130
化学稳定性	电池稳定时间足够长
浸润性	完全浸润
扭曲度	<0.2
尺寸均一性	隔膜平整

3、现阶段锂电池隔膜的研究成果

当下，中国属于锂电池生产大国，在早期之时，制造锂电池所需的隔膜主要依赖进口，造成这一情形的主要缘由是，中国制造的电池隔膜质量无法达到使用标准，像存在厚度不均的状况，还有孔隙率不足的情况，以及孔径一致性欠佳的问题，另外还有强度不够等多种方面的问题 。随着锂电池市场之中对隔膜的需求量呈现出增加态势，尤其是伴随着动力电池产业的兴起，国家有着意对新型锂电池隔膜这般物质的研究开发情况予以大力支持，在国内，锂电池隔膜制造行业由此迎来情况较好的进步，并且开始慢慢朝着高水平前进发展，存在著一些著名的制造商，像恩捷、星源材质，还有沧州明珠、河南义腾、安徽铜陵晶能等。另外，许多科研单位以及大学也都在专心致力于锂电池隔膜的研究开发工作。当前阶段，国内的产品跟进口隔膜相互比较起来，隔膜孔隙率的一致性需要进一步予以提升，多层隔膜的开发存在许多工作要去开展，所以提高隔膜性能指标是我国电池隔膜行业迫切需要解决的疑难问题 。

4、生物纤维隔膜研究

近年来，生物质纤维材料在开发锂电池隔膜方面取得了重大进展，在于它有着更好的热稳定性，有着更好的可润湿性，有着可再生的特性，还有着广泛的来源。

（1）热稳定性

处于某些特定条件下的锂电池，比如高温、碰撞以及过载等情形，会出现热失控现象，严重之时或许会引发爆炸。当前广泛运用的聚烯烃隔膜，热稳定性欠佳，收缩之后会致使正负极直接接触，进而造成电池短路；然而生物质纤维绝缘膜熔点较高，在环境温度200°C以下时几乎不存在变形情况，能够有效增强锂电池的安全性。

（2）润湿性

隔膜得具备良好的润湿性，它要能够快速吸收电解液，这是提高电池电化学性能的前提，与此同时还要确保隔膜里的电解液均匀分布，以便有效提升锂离子的传输速率，商用聚烯烃隔膜润湿性差，其低的电解液保持率阻碍了锂离子的传输率，还增大了电池的内阻，生物质纤维隔膜对电解液亲和性更优，可在短时间内迅速被电解液湿润，进而降低电池内阻，提高锂电池的充放电性能。

（3）化学稳定性

在电池运行之时，正极端会出现氧化反应，负极端会出现还原反应，所以正极和负极之间的隔膜务必具备良好的化学稳定性，跟其他物质不产生任何化学反应方可契合使用要求。和市场上广泛运用的聚烯烃隔膜相比较，生物纤维隔膜拥有相当好的化学稳定性，于锂电池充电以及放电之际，隔膜跟电解液、电极材料均未发生任何化学反应，也并未分解。

（4）孔隙率和孔径分布

对于锂离子电池隔膜而言，隔膜之上孔隙率的情况，以及孔径大小和分布状况，对其电化学性能有着极大影响；要是孔隙分布不均匀，那么在电池进行充放电的时候，就会致使电流分布不均匀；一旦孔隙率比较低或者开口过小，就会对锂离子的传输形成阻碍，甚至还会造成锂晶体的生成。和聚烯烃隔膜相比较，生物质纤维隔膜具备更高的孔隙率，凭借这点能够确保隔膜得以储存更多的电解质，进而提升锂离子的传输速率；而且隔膜的孔径能够借助物理或者化学方法来进行调节，如此不仅能够让电流均匀分布，还能够避免正负极相互接触，这对于提升电池的安全性起着很大的作用。

5、锂电池隔膜研究需要解决的问题

现阶段，众多研究人员投入大量精力，运用不一样的组分与结构去开发生物纤维锂电池隔膜 ，为之奠定了更好研制高性能生物纤维隔膜的基础 。虽说生物质纤维锂电池隔膜拥有诸多优点 ，然而在孔的结构 、热闭合功能 、机械性能以及工业化之处依旧存有挑战 。这些挑战涵盖 ：

（1）可控的多孔结构

隔膜性能在很大程度上会受到孔大小以及均匀性的影响，为了制造出适配高能量密度锂离子电池的隔膜，所开发的纤维隔膜，其开口大小要合理，分布也要合理，开口大小是必须在纳米层面予以控制的，孔颈是必须均匀分布的，以此来达成提高锂离子迁移速率的目的。

（2）热闭合性能

可借助有着热闭合功能的隔膜来提升锂电池的安全性，一方面，能运用化学变化策略去准备具备热闭孔功能的生物质纤维锂电池膜；另一方面，可在生物纤维隔膜表面施加涂层，以使在达到特定温度时孔可以闭合，进而避免电池内部出现短路 。

（3）化学改性

以生物质纤维作为基础的隔膜，其表面发生的化学变化，可让它具备新的物理化学特性，这能够有效地杜绝生物质纤维存在的缺点，像吸湿性很强、机械强度较低以及具有易燃性。所以，我们应当采用全新的战略，针对生物物质纤维的表面实施化学改性，从而提供性能更为优良的生物物质纤维功能隔膜。

（4）商业化

由于当前生物质纤维基锂电池隔膜的绝缘程度还未达到工业所规定的标准，所以我们需要强化对制造工艺以及设备展开研究。着手开发表面涂层，去借鉴像纺织品和纸张等方面的生产技术，这是生物质纤维基隔膜能够实现商业化生产的最具希望的路径。

结束语：此文对生物质纤维型锂电池隔膜的研究发展进程作出了综述，阐述了锂电池运行的三个部分，说明了隔膜的性能，还介绍了其发展现状，归纳了近些年来锂电池隔膜的发展趋势，并且提出了能够影响工作效率以及安全性能的相关因素。期望可以给锂电池隔膜的发展起到些许参考作用。