锂离子电池隔膜材料的性能要求

锂离子电池作为“中国制造2025”的重点项目之一，提升其电池性能与安全性等是一个长久的研究热点，而通过设计制备高性能隔膜材料提高电池性能是一个重要的方法。

从结构上看，锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳材料组成。隔膜是其中一个重要组成部分，在电池中隔离正负电极反应，让电解液中的阴阳离子选择性自由通过，进而组成完整的电池通路。隔膜的性能在保证锂离子电池的安全性和提高锂离子电池性能等方面有直接影响。因此设计与制备良好的隔膜材料对于提高锂离子电池容量、安全性等性能具有非常重要的作用。

隔膜的性能要求

锂离子电池隔膜作为锂离子电池四大主要材料之一，一般是绝缘性较好的材料，提供锂离子在电解液中的迁移通道。隔膜的性能参数对电池性能影响重大，例如在常用的商用隔膜材料中，材料的厚度直接影响电池内阻，孔隙大小和分布将会影响传输锂离子性能等，因此制备高性能隔膜材料对于电池的性能发挥和实际应用至关重要。影响锂离子电池隔膜性能的主要因素包括隔膜化学稳定性、力学强度、孔隙率大小及润湿性、安全保护的自关闭性能等几个方面。

⑴力学强度

隔膜在电池结构及充放电反应过程中需要具有一定的机械强度。隔膜的一个重要作用是将正负极反应隔开，如果隔膜皱缩或破裂导致电解液渗透，就会发生电池短路，具有很大的安全隐患，因此隔膜需要有一定的力学强度和韧性。锂离子电池在充电过程中锂离子被还原生成金属锂枝晶，这就要求隔膜材料要有一定的抗穿刺强度。另外，隔膜材料也应该具有一定的拉伸强度，锂离子电池在反应过程中会放出或吸收热量，隔膜会发生相应的涨缩，如果隔膜的拉伸强度不够，就会造成隔膜破损，也会导致短路发生。

⑵热极定性

由于锂离子电池中电解质溶液除了水溶剂，还会采用有机溶剂和非水电解液，因此隔膜应具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能，能够在电池多次充放电过程中实现结构的完整性与反应的稳定性。此外，锂离子电池在充放电反应中会放热，电池在连续工作时温度会升高，隔膜的热稳定性能够保证在电池长时间工作时减少收缩形变量，避免电池皱缩导致的正负极接触而导致电池短路。

⑶孔隙分布及孔隙率

隔膜为了保持锂离子良好的透过能力，材料需要具备一定大小的孔隙，并保证低电阻和高离子传导率。孔隙大小将影响电池内阻及电池的安全性。孔隙太小会使离子穿透率减低而增大电池内阻，孔隙过大则会导致电池正负极接触概率增大易导致短路，起不到隔膜的效果。优良的锂离子电池隔膜应保证孔隙大小合适、分布均匀，不然会导致局部电流过大或过小，影响电池性能。

⑷其他性能

此外，隔膜的自关闭技能在电池安全性方面至关重要。自关闭机理要求隔膜在过载大量放热，温度升高过高，接近材料熔点时隔膜结构中孔隙闭合，成功隔绝离子穿梭，停止正负极反应形成断路，以在过热情况下防止电池爆炸。隔膜的浸润性也是评价隔膜性能好坏的标准之一，为保证离子的顺利传输，隔膜需要和电解液充分接触，有良好的浸润性、与电解液的渗透能力和离子穿透能力。