锂离子电池耐热型聚合物隔膜的研究

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然而，近些年来新能源电动车自燃及爆炸事件频发，引起了人们对动力锂离子电池安全性的高度关注和质疑。其中，最核心的原因之一是现有锂电池隔膜的性能无法满足高比能电池的应用要求。动力锂电池需要更高的安全性能、更大的容量、长时间稳定输出的均一性能以及大倍率充放电性能。隔膜在锂离子电池中主要起着2个作用，一是隔膜材料需要具备良好的绝缘性与一定的强度，在电池内能够避免正负极的直接接触，并且可以有效防止被毛刺、枝晶等刺穿而发生短路，以及保证在突发的高温条件下不发生大幅度尺寸变化，从而保证电池的安全。二是隔膜存在的多孔结构可以为锂离子提供良好的迁移通道，保障电池稳定高效地运行。隔膜作为锂离子电池的“第三电极”，是保证电池体系安全和影响电池性能的关键材料，需要具有较高强度、耐热性、阻燃性、高孔隙率、均匀性及良好浸润性等特性。

目前，锂离子电池隔膜大多采用的是以聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)为基体的聚烯烃微孔膜，其较低的熔点(PP为165℃、PE为135℃)和软化温度使电池易发生因隔膜熔缩导致的热失控，尤其是在过充过放和大功率充放电的情况下会引起电池起火或爆炸。此外，PP和PE为非极性高分子，电解液浸润性较差，进而导致电池内阻较大，加之其孔隙率较低(约40%)而带来的低离子电导率，因而会严重限制电池的大倍率性能，难以满足电池大电流快速充放电的需要。尽管以传统聚烯烃隔膜为基础进行改性可以改善隔膜的耐热型浸润性，但无法解决隔膜当前面临的问题，也无法满足高性能隔膜的市场需求。

为了提高锂电池的安全性并满足市场需求，研制新一代的高性能聚合物隔膜是当前亟待解决的难题。随着科技的不断进步，耐热型聚合物隔膜的研究也得到进一步的进展，本文总结归纳了不同种类耐热型隔膜并对其性能进行了介绍，也对未来耐热型高性能隔膜的发展进行了展望。

耐热型隔膜性能

锂离子电池隔膜的性能对电池体系安全和电化学性能提升至关重要，应当满足以下要求： (1)适宜的厚度与优异的尺寸稳定性，通常锂离子电池隔膜的厚度为20~25μm，隔膜厚度与尺寸稳定性密切相关，应综合考虑。 (2)孔隙率高且孔隙均一，隔膜的孔径应大于锂离子的直径，小于活性物质的直径，高孔隙率能更有效地促进隔膜对电解液的吸收与渗透，提高离子的电导率。 (3)优异的力学性能可以保证电池的安全，防止锂枝晶刺穿隔膜造成电池短路。 (4)良好的润湿性可以降低界面电阻，电解液在隔膜内的扩散时间、吸附程度或电解液与隔膜的接触角都反映了隔膜的润湿性。 (5)优异的化学稳定性，隔膜与电极材料不能发生反应，可以在电解液中稳定存在并有效地阻隔正负极，保证锂电池正常高效运行。 (6)优良的耐热与阻燃性能，锂电池在长期使用或极端温度下可能会出现热失控，优异的耐热与阻燃性能可以防止进一步恶化并起到灭火作用。