一文看懂隔膜如何為鋰電池保駕護航

　如今，鋰離子電池已成為3C產(chǎn)品（computer、conmmunication以及Consumer Electronics）最常用能源器件，高容量、穩(wěn)定的充放電性能足夠長的使用壽命一直都是工程師們對鋰離子電池的追求，也是消費者對鋰離子電池的期待。而隔膜材料正是這些追求和期望的關(guān)鍵所在。
　　一、隔膜重要性
　　鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜、封裝材料等五部分組成。
　　隔膜在正負(fù)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(yīng)，但它影響電池動力學(xué)過程，決定著電池的充放電、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)的突破有著濃厚的興趣。根據(jù)中國科學(xué)院專利在線分析系統(tǒng)，以中文“鋰離子電池、隔膜”為關(guān)鍵詞，檢索到專利申請共2106項（截止2015年9月），其中授權(quán)專利占51.19%，有效專利共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，檢索到專利申請分別有419、415、390、272項，授權(quán)率分別為44.4%、42.4%、32.0%、33.1%，有效專利分別為186、176、125、90項。經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)。
　　近年來在理電隔膜研發(fā)和技術(shù)領(lǐng)域的熱點詞匯是：：高安全性、新材料、陶瓷、涂覆和提高潤濕性等。同時，最近十年，特別是最近五年，涉及埋電隔膜的專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(xiàn)在兩個方面：
　　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(fù)極接觸短路或是被毛刺、顆粒、枝晶刺穿而出現(xiàn)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(wěn)定，不會熔縮導(dǎo)致電池的大面積短路和熱失控。
　　二是給理離子電池提供實現(xiàn)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電池中鋰離子的遷移，體現(xiàn)在性能參數(shù)上就是離子電導(dǎo)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(xiàn)的。安全性要求決定著隔膜必須具有出眾的絕緣性、機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)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(fù)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)展中的材料如無紡布陶瓷顆粒復(fù)合膜，研發(fā)中的材料如聚酰亞胺（PI）等。
　　電池的鋰離子導(dǎo)通功能是通過隔膜的構(gòu)造和微孔結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)中，才能實現(xiàn)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(jié)構(gòu)，如孔徑及其分布、孔隙率、空氣透過（Gurley值）、尺寸穩(wěn)定性等因素都與離子電導(dǎo)率相關(guān)，顯著影響電池的性能。
　　隨著業(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(xù)提高，在某些特殊型號電池的應(yīng)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(qū)尺寸保持穩(wěn)定的隔膜。
　　隔膜的厚度在保證安全的前提下當(dāng)然是越薄越好。對于卷繞電池，隔膜厚度越薄，電池內(nèi)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程中的錯位。但若只是一味強調(diào)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(dǎo)致電池安全系數(shù)降低。而疊片電池的毛刺少，對厚度要求則不高。
　　隨著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(biāo)的要求也逐細化，生產(chǎn)企業(yè)對隔膜的理解也更加深入?？墒牵壳斑€沒有哪一種隔膜在所有技術(shù)參數(shù)方面都出色。
　　因此，在給電池選擇隔膜時應(yīng)當(dāng)有所側(cè)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(jù)電池設(shè)計和應(yīng)用領(lǐng)域不同，隔膜應(yīng)用的種類也應(yīng)有所不同。關(guān)于隔膜各項技術(shù)參數(shù)具體的分析己有相關(guān)報道。