一、鋰離子電池隔膜概述
鋰離子電池由正極材料、負極材料、電解液和隔膜4個部分組成，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極、阻隔充放電時電路中電子通過、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)扁長且相互貫通，導通性好；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Celgard、日本UBE及國內(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研究所開發(fā)的具有自主知識產(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度，微孔尺寸及分布均勻。國內(nèi)代表公司主要有新鄉(xiāng)格瑞恩、新時科技、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)保方面相對欠缺優(yōu)勢，且熱穩(wěn)定性差，工藝流程也相對復(fù)雜。
根據(jù)壓制膜片時拉伸工藝的不同，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所進行的拉伸是否是縱橫向同時進行。
雙向同步拉伸制備的薄膜各項性能如拉伸強度、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，先進行縱向拉伸，再進行橫向拉伸，因在分步拉伸時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、韓國SK、美國Entek，以及國內(nèi)金輝高科、天津東皋等。
三、國內(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，增加了電池的安全性能；但是PE和PP膜對電解質(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，會使短路面積瞬間迅速擴大，熱量急劇上升難以排出，存在潛在的爆炸可能。
2.有機/無機復(fù)合隔膜
有機/無機復(fù)合隔膜是將無機材料（如Al?O?、SiO?等顆粒）涂覆在聚烯烴薄膜或無紡布上，通過有機、無機材料的配合互補提高鋰離子電池的安全性和大功率快速充放電的性能，既具有有機材料柔韌及有效的閉孔功能，防止電池短路；又具有無機材料傳熱率低、電池內(nèi)熱失控點不易擴大、可吸收電解液中微量水，延長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膜的導電率提高50%。日本日立麥克賽爾公司則將板狀無機顆粒涂覆在基膜表面，可在高溫下保持形狀的完整性。德國德固賽公司將與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。
