近年來(lái)，鋰離子電池技術(shù)發(fā)展迅速，隔膜作為電池中的核心材料之一，決定著鋰離子電池的性能，因此隔膜材料及制備技術(shù)急需被深入研究。目前，商業(yè)化的鋰電池隔膜以聚烯烴隔膜為主，制備工藝正從干法向濕法過(guò)渡，但是近幾年已經(jīng)發(fā)展出了不同材料體系，不同制備工藝的隔膜。

隨著全球能源危機(jī)日益加劇，以及環(huán)境問(wèn)題的凸顯，可再生能源取代化石燃料逐漸成為趨勢(shì)。可再生能源的儲(chǔ)存和使用離不開(kāi)化學(xué)電源的發(fā)展，

在各種類型的化學(xué)電源體系中，鋰離子電池因其具有的高電壓、高比能量、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)而成為最受青睞的二次電池。

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液等幾部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1，充電時(shí)，鋰離子（Li + ）從正極脫出在電解液中穿過(guò)隔膜到達(dá)負(fù)極并嵌入到負(fù)極晶格中，此時(shí)正極處于貧鋰態(tài)，負(fù)極處于富鋰態(tài)；而放電時(shí)，Li + 再?gòu)母讳噾B(tài)的負(fù)極脫出再次在電解液中穿過(guò)隔膜到達(dá)貧鋰態(tài)的正極并插入正極晶格中，此時(shí)正極處于富鋰態(tài)，負(fù)極處于貧鋰態(tài)。為保持電荷的平衡，充、放電過(guò)程中Li + 在正負(fù)極間遷移的同時(shí)，有相同數(shù)量的電子在外電路中來(lái)回定向移動(dòng)從而成電流。

圖 1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.1 Schematic diagram of Li ion battery作為鋰電池的關(guān)鍵材料，隔膜在其中扮演著電子隔絕的作用，阻止正負(fù)極直接接觸，允許電解液中鋰離子自由通過(guò) ［4-5］ ，同時(shí)，隔膜對(duì)于保障電池的安全運(yùn)行也起至關(guān)重要的作用。在特殊情況下，如事故、刺穿、電池濫用等，發(fā)生隔膜局部破損從而造成正負(fù)極的直接接觸，從而引發(fā)劇烈的電池反應(yīng)造成電池的起火爆炸。因此，為了提高鋰離子電池的安全性，保證電池的安全平穩(wěn)運(yùn)行，涂布在線認(rèn)為隔膜必須滿足以下幾個(gè)條件：

（1）化學(xué)穩(wěn)定性：不與電解質(zhì)、電極材料發(fā)生反應(yīng)；

（2）浸潤(rùn)性：與電解質(zhì)易于浸潤(rùn)且不伸長(zhǎng)、不收縮；

（3）熱穩(wěn)定性：耐受高溫，具有較高的熔斷隔離性；

（4）機(jī)械強(qiáng)度：拉伸強(qiáng)度好，以保證自動(dòng)卷繞時(shí)的強(qiáng)度和寬度不變；

（5）孔隙率：較高的孔隙率以滿足離子導(dǎo)電的需求；當(dāng)前，市場(chǎng)上商業(yè)化的鋰電池隔膜主要是以聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）為主的微孔聚烯烴隔膜，這類隔膜憑借著較低的成本、良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在鋰電池隔膜中。實(shí)際應(yīng)用中又包括了單層PP或PE隔膜，雙層PE/PP復(fù)合隔膜，雙層PP/PP復(fù)合隔膜，以及三層PP/PE/PP復(fù)合隔膜 。聚烯烴復(fù)合隔膜由Celgard公司開(kāi)發(fā)，主要有PP/PE復(fù)合隔膜和PP/PE/PP復(fù)合隔膜，由于PE隔膜柔韌性好，但是熔點(diǎn)低為 135℃，閉孔溫度低，而PP隔膜力學(xué)性能好，熔點(diǎn)較高為165℃，將兩者結(jié)合起來(lái)使得復(fù)合隔膜具有閉孔溫度低，熔斷溫度高的優(yōu)點(diǎn)，在較高溫度下隔膜自行閉孔而不會(huì)熔化，且外層PP膜具有抗氧化的作用，因此該類隔膜的循環(huán)性能和安全性能得到一定提升，在動(dòng)力電池領(lǐng)域應(yīng)用較廣。近年來(lái)，一方面 3C 產(chǎn)業(yè)和新能源汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于高性能二次電池的強(qiáng)烈需求，推動(dòng)了隔膜生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展；另一方面，為進(jìn)一步提高鋰離子電池的比能量及安全性，研究人員在傳統(tǒng)的聚烯烴膜基礎(chǔ)上，發(fā)展了眾多新型鋰電隔膜。涂布在線將簡(jiǎn)要介紹鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)新型隔膜體系、復(fù)合隔膜等研究成果進(jìn)行綜述，同時(shí)對(duì)鋰電池今后的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

作為一個(gè)鋰離子電池生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)已經(jīng)基本形成從礦產(chǎn)資源、電池材料和配件到鋰離子電池及終端應(yīng)用產(chǎn)品的完整產(chǎn)業(yè)鏈。近年來(lái)，我國(guó)鋰離子電池市場(chǎng)一直保持快速增長(zhǎng)的形式，我國(guó)鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模由2011年的277億元增至2015年的850億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)32.4%。

鋰離子電池隔膜的作用

隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它位于電池內(nèi)部正負(fù)極之間，保證鋰離子通過(guò)的同時(shí)，阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。

鋰離子電池對(duì)隔膜的要求

鋰離子電池對(duì)隔膜的要求包括：

（1）具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；

（2）有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透過(guò)性；（3）耐電解液腐蝕，有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，這是由于電解質(zhì)的溶劑為強(qiáng)極性的有機(jī)化合物；

（4）具有良好的電解液的浸潤(rùn)性，并且吸液保濕能力強(qiáng)；

（5）力學(xué)穩(wěn)定性高，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，但厚度盡可能??；

（6）空間穩(wěn)定性和平整性好；

（7）熱穩(wěn)定性和自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能好；

（8）受熱收縮率小，否則會(huì)引起短路，引發(fā)電池?zé)崾Э?。除此之外，?dòng)力電池通常采用復(fù)合膜，對(duì)隔膜的要求更高。

鋰離子電池隔膜分類

根據(jù)物理、化學(xué)特性的差異，鋰電池隔膜可以分為：織造膜、非織造膜（無(wú)紡布）、微孔膜、復(fù)合膜、隔膜紙、碾壓膜等幾類。雖然類型繁多，至今商品化鋰電池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

鋰離子電池隔膜工藝

目前，鋰離子電池隔膜制備方法主要有濕法和干法。濕法又稱相分離法或熱致相分離法，將液態(tài)烴或小分子物質(zhì)與聚烯烴樹(shù)脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進(jìn)行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點(diǎn)溫度，進(jìn)行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時(shí)間，用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑，制備出相互貫通的微孔膜。干法是將聚烯烴樹(shù)脂熔融、擠壓、吹膜制成結(jié)晶性聚合物薄膜，經(jīng)過(guò)結(jié)晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶面進(jìn)行剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)，可以增加薄膜的孔徑。

濕法和干法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中，濕法工藝薄膜孔徑小而且均勻，薄膜更薄，但是投資大，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染大；而干法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，附加值高，環(huán)境友好，但孔徑和孔隙率難以控制，產(chǎn)品難以做薄。

兩種鋰離子電池隔膜工藝核心技術(shù)

對(duì)于濕法工藝來(lái)說(shuō)，樹(shù)脂與添加劑的擠出混合過(guò)程以及拉伸過(guò)程是該工藝的兩大核心問(wèn)題。擠出過(guò)程要求物料混合效果好、塑化能力強(qiáng)、擠出過(guò)程穩(wěn)定，拉伸過(guò)程決定了分子鏈的取向以及制孔劑分布是否均勻。對(duì)于干法工藝來(lái)說(shuō)，除了擠出混合過(guò)程外，熔融牽伸比以及熱處理都是核心過(guò)程。

目前，全球制造隔膜的廠家以濕法為主，濕法隔膜的價(jià)格較貴，未來(lái)濕法隔膜在動(dòng)力電池中仍將走高端的市場(chǎng)路線，而中低端動(dòng)力電池仍將以干法為主。

全球鋰離子電池隔膜企業(yè)

全球范圍內(nèi)的鋰離子電池隔膜的市場(chǎng)需求量呈逐年遞增的趨勢(shì)，隔膜出貨量從2009年的2.4億平米增至2014年的11.85億平米。日本旭化成、日本東燃化學(xué)以及美國(guó)Celgard（Celgard于2015年2月被濕法技術(shù)代表公司旭化成收購(gòu)，干法生產(chǎn)線停產(chǎn)并新建立濕法生產(chǎn)線）是隔膜三巨頭，占據(jù)的全球市場(chǎng)份額曾高達(dá)77%。但隨著韓國(guó)和中國(guó)企業(yè)的崛起，三巨頭的份額在快速下滑，2014年占比56%左右。

我國(guó)鋰離子電池隔膜差距

鋰電池隔膜是四大材料中技術(shù)壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中，隔膜成本占比甚至達(dá)到20%。

我國(guó)鋰離子電池隔膜在干法工藝上已經(jīng)取得重大突破，目前已經(jīng)具備國(guó)際一流的制造水平。但在濕法隔膜領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)隔膜企業(yè)受限于工藝、技術(shù)等多方面因素，產(chǎn)品水平還較低，生產(chǎn)設(shè)備主要依賴進(jìn)口。我國(guó)的隔膜產(chǎn)品在厚度、強(qiáng)度、孔隙率一致性方面與國(guó)外產(chǎn)品有較大差距，產(chǎn)品批次一致性也有待提高。