锂离子电池隔膜的作用与功能[朗读]

锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。下面是锂离子电池隔膜的作用详细介绍。
【锂离子电池隔膜】锂离子电池隔膜的作用锂离子电池隔膜的功能。
锂离子电池隔膜的作用。
锂离子电池的四大关键材料为正极材料、负极材料、电解液以及隔膜。隔膜的主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过，同时能允许离子通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能的好坏。隔膜越薄、孔隙率越高，电池的内阻越小，高倍率放电性能就越好。
锂离子电池隔膜是一种多孔型塑料薄膜，种类包括织造膜、非织造膜（无纺布）、微孔膜、碾压膜等几类。由于聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，目前商品化的锂电池隔膜主要是聚烯烃微孔膜，包括聚乙烯（pe）单层膜、聚丙烯（pp）单层膜，以及pp/pe/pp三层复合膜。
隔膜生产的难点在于造孔的工程技术和基体材料，其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品稳定性；基体材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。聚烯烃隔膜生产工艺分为干法和湿法两大类，其中干法又分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。
干法单向拉伸工艺是在低温下将薄膜进行拉伸形成微缺陷，然后在高温下使缺陷拉开，形成微孔。由于是单向拉伸，其微孔结构呈扁长型，横向强度比较差，但优点是横向几乎没有热收缩。美国celgard公司拥有此工艺的专利，后日本宇部公司购买了其专利使用权，采用此法生产单层pp、pe以及三层pp/pe/pp复合膜。
干法双向拉伸工艺是在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂造成不同相态间的密度差异，在拉伸过程中发生晶型转变成微孔。此工艺是中科院化学所自主研发的，新乡格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新时科技有限公司与中科院合作采用这种方法，用于生产单层pp膜。
湿法又称热致相分离法，采用在聚烯烃树脂中加入成孔剂（如液态烃或一些小分子物质），加热熔融混合后，压制成膜片，再在高温下拉伸，最后用萃取剂洗脱残留成孔物质，烘干后即可制备出相互贯通的微孔膜材料，目前主要用于单层的pe膜。采用此法的公司主要有日本旭化成、东燃及美国entek等。
干法拉伸工艺较简单，无污染，是锂离子电池隔膜的常用制备方法。但此法的拉伸比较小，约为1~3，孔径及空隙率较难控制，拉伸时易导致隔膜穿孔，不能制备很薄的薄膜。湿法制得的微孔膜孔径小而均匀，拉伸可达5~7，不易造成穿孔，可以制成更薄的隔膜，使电池能力密度更高。
隔膜的微孔结构对电池安全性能至关重要，当电池在过度充电或温度过高的情况下，隔膜会关闭孔隙，在电池内部形成断路，限制电流升高，防止温度进一步升高。隔膜的闭孔温度与其使用的基材有关，pp隔膜的闭孔温度较高，同时熔断温度也很高；pe隔膜的闭孔温度和熔断温度都较低。熔断温度是指在此温度或以上，隔膜完全融化收缩，电极内部短路产生高温，造成电池解体甚至爆炸。因此，锂离子电池的安全性通常要求具有较低的闭孔温度和较高的熔断温度。多层复合膜的应用结合了二者的优点，pe在两层pp之间可以起到熔断保险丝的作用。目前，也有通过对隔膜表面涂覆陶瓷材料的新技术来提高隔膜的耐高温性能的。
由于隔膜基材pe、pp材料对电解质的亲和性较差，为了对电解液有更好的浸润效果，微孔膜的表面通常还需要进行改性处理，例如涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯、涂覆pvdf改性膜等。近年来也有一些隔膜材料的新发展，如中科院理化技术研究所研发的以静电纺丝为主的高孔隙率纳米纤维隔膜；德国德固赛公司生产的在纤维素无纺布上复合氧化铝或其他无机物的separion隔膜；美国杜邦公司的聚酰亚胺（pi）纳米纤维隔膜等。