一、鋰離子電池隔膜概述
鋰離子電池由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜4個(gè)部分組成，圖1為鋰離子電池的工作原理以及結(jié)構(gòu)示意圖。該隔膜是一種具有微孔結(jié)構(gòu)的功能膜材料，厚度一般為8～40μm，在電池體系中起著分隔正負(fù)極、阻隔充放電時(shí)電路中電子通過、允許電解液中鋰離子自由通過的作用，可在電池充放電或溫度升高的情況下有選擇地閉合微孔，以限制過大電流、防止短路，其性能的優(yōu)劣直接決定了電池的整體性能。
圖1 鋰離子電池工作原理及結(jié)構(gòu)示意圖
二、傳統(tǒng)鋰離子隔膜制備方法
傳統(tǒng)鋰離子電池隔膜為聚烯烴隔膜，多為單層或三層結(jié)構(gòu)，如單層PE、單層PP、PP/PE/PP復(fù)合膜等。按照常規(guī)制備工藝可分為干法和濕法工藝。
1.干法工藝
干法工藝是最常采用的方法，利用擠壓、吹膜的方法，將熔融的聚烯烴樹脂制成片狀結(jié)晶薄膜，并通過單向拉伸或雙向拉伸在高溫下形成狹縫狀多孔結(jié)構(gòu)。單向拉伸工藝制備的薄膜微孔結(jié)構(gòu)扁長(zhǎng)且相互貫通，導(dǎo)通性好；生產(chǎn)過程中不使用溶劑，工藝環(huán)境友好；薄膜的縱向強(qiáng)度優(yōu)于橫向，且橫向基本沒有熱收縮；代表公司主要有美國(guó)Celgard、日本UBE及國(guó)內(nèi)的星源材質(zhì)、滄州明珠和東航光電。
雙向拉伸工藝是中科院化學(xué)研究所開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝，通過在PP中加入具有成核作用的β晶型改進(jìn)劑，利用PP不同相態(tài)間密度的差異，在拉伸過程中發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變形成微孔。雙向拉伸工藝制備的薄膜縱橫向均具有一定的強(qiáng)度，微孔尺寸及分布均勻。國(guó)內(nèi)代表公司主要有新鄉(xiāng)格瑞恩、新時(shí)科技、星源材質(zhì)等。
2. 濕法工藝
濕法工藝在工業(yè)上又稱相分離法或熱致相分離法，其制備原理是加熱熔融在常溫下互不相容的低分子量物質(zhì)（液態(tài)烴、石蠟等）和高分子量物質(zhì)（聚烯烴樹脂）的混合物，使該混合物形成均勻混合的液態(tài)，并通過降溫相分離壓制得到微孔膜材料。濕法薄膜比干法薄膜的三維結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，微孔屈曲度更高（；但是濕法因生產(chǎn)過程使用溶劑而較干法相比在綠色環(huán)保方面相對(duì)欠缺優(yōu)勢(shì)，且熱穩(wěn)定性差，工藝流程也相對(duì)復(fù)雜。
根據(jù)壓制膜片時(shí)拉伸工藝的不同，可分為雙向同步拉伸和雙向異步拉伸，兩種拉伸工藝的區(qū)別在于在壓制成膜片時(shí)所進(jìn)行的拉伸是否是縱橫向同時(shí)進(jìn)行。
雙向同步拉伸制備的薄膜各項(xiàng)性能如拉伸強(qiáng)度、熱收縮率等在縱橫方向上基本相同；雙向異步拉伸則是將熔融的高分子降溫制得膜片后，先進(jìn)行縱向拉伸，再進(jìn)行橫向拉伸，因在分步拉伸時(shí)無法保證拉伸力完全一致，制備的薄膜性能在縱橫方向上差異較大。
濕法工藝的代表公司主要有日本旭化成、東燃、三井化學(xué)、韓國(guó)SK、美國(guó)Entek，以及國(guó)內(nèi)金輝高科、天津東皋等。
三、國(guó)內(nèi)外鋰離子隔膜研究現(xiàn)狀
1.多層復(fù)合隔膜
多層復(fù)合隔膜是由美國(guó)Celgard公司自主開發(fā)的PP/PE兩層復(fù)合隔膜或PP/PE/PP三層復(fù)合隔膜，集合了PP膜力學(xué)性能好、熔斷溫度高以及PE膜柔軟、韌性好、閉孔溫度低的優(yōu)點(diǎn)，增加了電池的安全性能；但是PE和PP膜對(duì)電解質(zhì)的親和性較差，且PP/PE/PP三層隔膜的纖維結(jié)構(gòu)為線條狀，一旦發(fā)生短路，會(huì)使短路面積瞬間迅速擴(kuò)大，熱量急劇上升難以排出，存在潛在的爆炸可能。
2.有機(jī)/無機(jī)復(fù)合隔膜
有機(jī)/無機(jī)復(fù)合隔膜是將無機(jī)材料（如Al?O?、SiO?等顆粒）涂覆在聚烯烴薄膜或無紡布上，通過有機(jī)、無機(jī)材料的配合互補(bǔ)提高鋰離子電池的安全性和大功率快速充放電的性能，既具有有機(jī)材料柔韌及有效的閉孔功能，防止電池短路；又具有無機(jī)材料傳熱率低、電池內(nèi)熱失控點(diǎn)不易擴(kuò)大、可吸收電解液中微量水，延長(zhǎng)電池使用壽命的功能。
E S CHOI等將一種耐熱性較好的PET無紡薄膜兩側(cè)浸涂陶瓷粒子，發(fā)現(xiàn)較傳統(tǒng)PE膜的導(dǎo)電率提高50%。日本日立麥克賽爾公司則將板狀無機(jī)顆粒涂覆在基膜表面，可在高溫下保持形狀的完整性。德國(guó)德固賽公司將與Al?O?、SiO?顆粒均勻混合的硅膠溶液涂覆在無紡布基布上制備了Separion隔膜，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
