4种锂电池隔膜新材料是否会给锂电行业带来改变？

作为锂电池的关键材料，电池隔膜在其中扮演着电子隔绝的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过，同时，隔膜对于保障电池的安全运行也起至关重要的作用。

为了提高锂离子电池的安全性，保证电池的安全平稳运行，隔膜必须满足以下几个条件：

1．化学稳定性：不与电解质、电极材料发生反应

2．浸润性：与电解质易于浸润且不伸长、不收缩

3．热稳定性：耐受高温，具有较高的熔断隔离性

4．机械强度：拉伸强度好，以保证自动卷绕时的强度和宽度不变

5．孔隙率：较高的孔隙率以满足离子导电的需求

针对锂离子电池技术的发展需求，研究者们在传统聚烯烃隔膜的基础上发展了各种新型锂电隔膜材料。

非织造隔膜通过非纺织的方法将纤维进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后用化学或物理的方法进行加固成膜，使其具有良好的透气率和吸液率。

 天然材料和合成材料已经广泛应用于制备无纺布膜，天然材料主要包括纤维素及其衍生物，合成材料包括聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氟乙烯－六氟丙烯（PVDF－HFP）、聚酰胺（PA）、聚酰亚胺（PI）、芳纶（间位芳纶，PMIA；对位芳纶PPTA）等。

聚对苯二甲酸乙二酯

聚对苯二甲酸乙二酯（PET）是一种机械性能、热力学性能、电绝缘性能均优异的材料。

PET隔膜充放电循环前（a）后（b）SEM图

静电纺丝PET隔膜熔点远高于PE膜，为255℃，最大拉伸强度为12Mpa，孔隙率达到89％，吸液率达到500％，远高于市场上的Celgard隔膜，离子电导率达到2．27×10－3Scm－1，且循环性能也较Celgard隔膜优异，电池循环50圈后PET隔膜多孔纤维结构依然保持稳定。

聚酰亚胺

聚酰亚胺（PI）同样是综合性能良好的聚合物之一，具有优异的热稳定性、较高的孔隙率，和较好的耐高温性能，可以在－200～300℃下长期使用。

Miao等（2013）用静电纺丝法制造了PI纳米纤维隔膜，该隔膜降解温度为500℃，比传统Celgard隔膜高200℃，如下图，在150℃高温条件下不会发生老化和热收缩。

其次，由于PI极性强，对电解液润湿性好，所制造的隔膜表现出极佳的吸液率。静电纺丝制造的PI隔膜相比于Celgard隔膜具有较低的阻抗和较高的倍率性能，0．2C充放电100圈后容量保持率依然为100％。

（a）Celgard、PI40μm、100μm隔膜150℃处理前（a，b，c）后（d，e，f）热收缩；（b）倍率测试

间位芳纶

PMIA是一种芳香族聚酰胺，在其骨架上有元苯酰胺型支链，具有高达400℃的热阻，由于其阻燃性能高，应用此材料的隔膜能提高电池的安全性能。

此外，由于羰基基团的极性相对较高，使得隔膜在电解液中具有较高的润湿性，从而提高了隔膜的电化学性质。

一般而言，PMIA隔膜是通过非纺织的方法制造，如静电纺丝法，但是由于非纺织隔膜自身存在的问题，如孔径较大会导致自放电，从而影响电池的安全性能和电化学表现，在一定程度上限制了非纺织隔膜的应用，而相转化法由于其通用性和可控制性，使其具备商业化的前景。

PMIA隔膜截面SEM图和孔径分布图

聚对苯撑苯并二唑

新型高分子材料PBO（聚对苯撑苯并二唑）是一种具有优异力学性能、热稳定性、阻燃性的有机纤维。其基体是一种线性链状结构聚合物，在650℃以下不分解，具有超高强度和模量，是理想的耐热和耐冲击纤维材料。

由于PBO纤维表面极为光滑，物理化学惰性极强，因此纤维形貌较难改变。PBO纤维只溶于100％的浓硫酸、甲基磺酸、氟磺酸等，经过强酸刻蚀后的PBO纤维上的原纤会从主干上剥离脱落的，形成分丝形貌，提高了比表面积和界面粘结强度。

（a）PBO原纤维；（b）PBO纳米纤维隔膜结构

由于PBO原纤维的制造工艺较难，全球范围生产优良PBO纤维的企业屈指可数，且均是采用单体聚合的方式，生产出的PBO纤维因需要强酸处理较难应用在锂电池隔膜领域。

文章摘自锂电网

图片来源于网络

如有作品内容、版权和其它问题，请与我们联系删除。