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锂离子电池隔膜材料的研究现状和发展趋势 学院： 班级： 学号： 姓名： 时间： 指导老师： 一、锂离子电池隔膜概述 电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，是锂离子电池最关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响。目前已经商业化的锂离子电池隔膜主要由聚乙烯或聚丙烯材料制成。其主要作用有：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；使电解质液中的电子在正负极间自由通过。由于隔膜自身对电子和离子都是绝缘的，在正、负电极之间加入隔膜后不可避免地会降低正、负极之间的离子电导。 动力锂离子电池的安全运行需要具有更好热尺寸稳定性、热化学稳定性、更高机械强度的隔膜和聚合电解质材料。隔膜和聚合电解质材料应该达到如下性能：电导率接近或达到液态电解质的导电率值10-3～10-2S/cm，锂离子迁移数尽可能接近1，电解质体系电化学稳定窗口大于4.5V；在电池工作的全部温度(-40℃～150℃)范围内，电解质（包括隔膜）具有良好的热稳定性、足够的力学稳定性；由于动力电池的运行温度一般在50℃～80℃之间，因而要求电解质（包括隔膜）耐温性能也要有大幅度的提高，至少要求能耐受150℃的热冲击。 从锂离子电池整体成本来看，正极材料占制造成本30%～40%，负极材料占15%～20%，电解液5%～10%，隔膜材料占15%～20%。但其中附加值最高的材料为隔膜材料，毛利率达到70%，经济效益十分显著。 二、锂离子电池隔膜的生产工艺 (1)干法 干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹制成结晶性高分子薄膜，经过结晶化热处理、退火后得到高度取向的多层结构，在高温下进一步拉伸，将结晶界面进行剥离，形成多孔结构，可以增加隔膜的孔径；多孔结构与聚合物的结晶性、取向性有关，该法主要用PP。干法按拉伸方向不同可分为单向拉伸和双向拉伸。干法的关键技术在于聚合物熔融挤出铸片时要在聚合物的粘流态下拉伸300倍左右以形成硬弹性体材料，干法工艺见图1。 图1 干法工艺（单向拉伸） 湿法 湿法的挤出铸片利用热致相分离，是将液态的烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合，加热熔融后形成均匀混合物，挥发溶剂，进行相分离，再压制得到膜片；将膜片加热至接近结晶熔点，保温一定时间,用易挥发物质洗去残留溶剂，加入无机增塑剂粉末使之形成薄膜，进一步用溶剂洗去无机增塑剂，最后将其挤压成片。如PE、PP等聚合物和石蜡、邻苯二甲酸二辛脂（DOP）等高沸点的小分子化合物在升高温度（高于PE等聚合物的熔点）下形成均相溶液，降低温度时又发生相分离。经过双向拉伸后，用溶剂洗去石蜡等小分子化合物即可成为微孔材料。 这种方法的优点是可通过在凝胶固化过程中控制溶液的组成和溶剂的挥发，较好地控制隔膜的孔径及孔隙率；缺点是需要使用溶剂，可能产生污染，提高成本。湿法工艺见图2。 图2 湿法工艺（双向拉伸） 三、锂离子电池隔膜的研究现状 近年来，纳米纤维膜的制备技术受到广泛关注，而静电纺丝是最为重要的方法，但在解决单喷头静电纺丝的局限、纳米丝之间不黏结和薄膜力学性能低等关键技术方面有待突破。中科院理化技术研究所经过多年的努力，在静电纺丝制备纳米纤维锂离子电池隔膜项目上取得了突破性的进展。研制了多点多喷头静电纺丝设备，开发具有生产价值的制备技术，掌握了纳米纤维膜孔隙率控制技术。同时将纳米纤维隔膜装配的锂离子电池与用进口PE、PP隔膜装配的电池相比，其循环性能得到提高，热稳定性得到了明显改善，在14C放电条件下，纳米纤维隔膜电池的能量保持率在75％～80％之间，而进口PE／PP隔膜电池的能量保持率仅为15％～20％。 锂离子电池隔膜的发展趋势 电池隔膜的发展是随着锂离子电池的需求不断变化而不断发展的。从体积来看，锂离子电池正朝着小和大两个截然不同的方向发展。高性能锂离子电池对隔膜的要求也越来越高。随着车用动力电池的需求发展，将形成一个快速的产业增长，对隔膜需求量也将大幅提高。 动力电池在大功率输出性能和安全性方面的需求要求隔膜具有高孔隙率、良好的浸润性、较高的强度、良好的热尺寸稳定性、合适的热关闭温度和很高的热熔化温度。现有的单一材料很难在综合性能上满足诸多的标准和要求，因此，迫切需要开发新的复合隔膜及电解质材料以同时满足动力电池隔膜和电解质的各项性能，包括机械强度、耐热性、界面稳定性、浸润性、导电率和倍率性能等新的要求。 由于一些性能的改善存