锂离子电池的隔膜材料及研究现状综述.docVIP

锂离子电池的隔膜材料及研究现状综述 摘要 本文就当前锂离子电池的隔膜材料研究展开论述和总结。综述了目前锂离子电池的隔膜材料的作用、性能、技术要求和在生活中的应用，以及国内外研究的现状。详细阐述了锂离子隔膜材料及其改性技术、新型锂离子电池隔膜材料的类别、研究现状和进展。 锂离子电池传统隔膜材料主要是聚烯烃，新型的隔膜材料有静电纺丝技术、Separion隔膜、聚合物电解质隔膜。并对锂离子电池隔膜材料的制备方法进行了简单的介绍，展望了锂离子电池隔膜材料的发展趋势。 其中锂离子隔膜材料的改性技术有在传统隔膜材料的表面接枝亲水性单体或改变电解质中的有机溶剂或采用其他材料作为锂离子电池隔膜。新型的隔膜材料：静电纺丝技术与传统隔膜材料相比，其循环性能得到提高，热稳定性得到了明显改善，且具有比表面积大、孔隙率高、孔径小、长径比大等优点；Separion隔膜具有三维孔的结构特点，孔隙率可以达到60%以上，具有较高的热稳定性；聚合物电解质隔膜具有能量密度、优异的安全性能和较好的力学性能。锂离子电池隔膜材料的制备方法主要分为湿法工艺和干法工艺，干法工艺又分为单向拉伸和双向拉伸。 关键词：锂离子电池材料；隔膜；制备方法 1 引言 锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性, 又具有安全、可靠且能快速充放电等优点锂离子电池主要由正负电极材料、电解质及隔膜组成。在锂离子电池正极与负极之间有一膜材料,通常称为隔膜它是锂离子电池的重要组成部分。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；让电解质液中的离子在正负极间自由通过。 根据不同的物理化学特性锂离子电池隔膜材料可分为无纺布织造膜微孔膜复合膜隔膜纸碾压膜等隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响到电池的容量、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。隔膜技术难点在于造孔的工程技术以及基体材料制备。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。基体材料制备包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂的制备和改性技术。造孔工程技术的难点主要体现在空隙率不够、厚度不均、强度差等方面聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)微孔膜具有较高孔隙率、较低的电阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱能力、良好的弹性及对非质子溶剂的保持性能，因此锂离子电池研究开发初期用其作为隔膜材料。目前市场化的锂离子电池隔膜主要有单层PE、单层PP、3层PP/PE/PP复合膜。 但是聚乙烯聚丙烯隔膜存在对电解质亲和性较差的缺点对此, 许多学者作了大量的改性工作,如在聚乙烯、聚丙烯微孔膜的表面接枝亲水性单体或改变电解质中的有机溶剂等程琥等在Celgard2400单层PP膜表面涂覆掺有纳米二氧化硅的聚氧乙烯，改善了隔膜的润湿性，提高了隔膜的循环性。Ruiying Miao等以现有的强度较高的液态锂离子电池用3层复合微孔膜作为基体进行涂覆聚偏氟乙烯（PVDF）表面处理，在表面形成一层改性膜，改性膜材料与正极材料兼容并能复合成一体，使该膜在具有较高强度的前提下，降低了隔膜的厚度，减小了电池的体积。（见图1） 也有人采用其他材料作为锂离子电池隔膜。如Kuribayashi等研究发现纤维素复合膜材料具有锂离子传导性及力学强度良好等性能, 可作为锂离子电池隔膜材料。 3 新型锂离子电池隔膜 3.1 静电纺丝技术 静电纺丝是指通过对聚合物溶液 ( 或熔体 ) 施加外加电场来制造聚合物纤维的纺丝技术。近年来静电纺丝技术作为一种可制备纳米级纤维的加工方法引起了广泛关注。用静电纺丝方法制得的纤维直径可达纳米级,相比于采用常规方法制得的纤维直径小几个数量级, 且具有比表面积大、孔隙率高、孔径小、长径比大等优点。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14 C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％。（见图2) 现阶段采用静电纺丝法研究较多的也是以PVDF为基体的多孔性隔膜。此外,采用 PAN、PMMA和PET(聚酯 ) 等材料制备电池隔膜的研究也有报道。 3.2 Separion隔膜 在新型锂离子电池隔膜的研究中，德国德固赛公司结合有机物的柔性和无机物良好热稳定性的特点，生产的商品名为Separion的隔膜占据了先机，已批量生产，其制备方法是在纤维素无纺布上复合或其他无机物。无纺布型的锂离子电池隔膜与聚烯烃薄膜型的隔膜相比, 它的结