鋰離子電池具有高比能量長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)的特性，又具有安全可靠且能快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，因而成為近年來新型電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)可廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品如：手機(jī)、筆記本電腦攝錄像機(jī)等所需的充電電池，還可作為電動汽車和混合動力車所需的動力電源等鋰離子電池主要由正負(fù)電極材料、電解質(zhì)及隔膜組成在鋰離子電池正極與負(fù)極之間有一膜材料，通常稱為隔膜，它是鋰離子電池的重要組成部分隔膜的主要作用是：（1）隔離正、負(fù)極并使電池內(nèi)的電子不能自由穿過；（2）能夠讓離子（電解質(zhì)液中）在正負(fù)極間自由通過本文介紹鋰離子電池隔膜材料的研究與開發(fā)進(jìn)展，重點(diǎn)綜述聚烯烴鋰離子電池隔膜材料的制備方法孔徑結(jié)構(gòu)、孔隙率透氣率自關(guān)閉性能等。

1鋰離子電池隔膜材料由于聚乙烯、聚丙烯微孔膜具有較高孔隙率、較低的電阻、較高的抗撕裂強(qiáng)度、較好的抗酸堿能力、良好的彈性及對非質(zhì)子溶劑的保持性能，故鋰離子電池研究開發(fā)初期便采用它作為其隔膜材料至今，商品化鋰離子電池的隔膜材料主要仍米用聚乙烯聚丙烯微孔膜。

但是，聚乙烯聚丙烯隔膜存在對電解質(zhì)親和性較差的缺點(diǎn)，對此，許多學(xué)者作了大量的改性工作，如在聚乙烯、聚丙烯微孔膜的表面接枝親水性單體或改變電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑等也有人采用其他材料作為鋰離子電池隔膜，如：IKubayashi等研究發(fā)現(xiàn)纖維素復(fù)合膜材料具有鋰離子傳導(dǎo)性及力學(xué)強(qiáng)度良好等性能，可作為鋰離子電池隔膜材料。

近年來，將聚合物電解質(zhì)用于鋰離子電池已達(dá)到商品化程度聚合物電解質(zhì)可分為純聚合物電解質(zhì)及膠體聚合物電解質(zhì)。純聚合物電解質(zhì)由于室溫電導(dǎo)率較低，難于商品化膠體聚合物電解質(zhì)利用固定在具有合適微結(jié)構(gòu)的聚合物網(wǎng)絡(luò)中的液體電解質(zhì)分子實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)，具有固體聚合物的穩(wěn)定性，又具有液態(tài)電解質(zhì)的高離子傳導(dǎo)率，顯示出良好的應(yīng)用前景Tab.1為近年來研究活躍的聚合物電解質(zhì)膠體聚合物電解質(zhì)既可用于鋰離子電池的電解質(zhì)，又可以起隔膜的作用，但是由于其力學(xué)性能較差制備工藝較復(fù)雜或常溫導(dǎo)電性差難于實(shí)用化，且膠體聚合物電解質(zhì)在本質(zhì)上是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在敞開的環(huán)境中或長時間保存，溶劑會出現(xiàn)滲出表面的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電導(dǎo)1輸胡繼文ifA2c6歲dS，究員率下降因此膠體聚合物電解質(zhì)完全取代聚還有許多問題需要解決乙烯聚丙烯膜而單獨(dú)作為鋰離子電池的隔膜最近有許多關(guān)于聚合物電解質(zhì)與聚乙烯、聚丙烯膜一起組成的聚合物鋰離子電池隔膜的報道，膠體聚合物覆蓋在或填充在微孔膜中，與無隔膜的聚合物電解質(zhì)鋰離子電池相比，具有更優(yōu)越的性能，如：1）當(dāng)內(nèi)部短路時能提供更好的保護(hù)；2）可以減少電解質(zhì)層的厚度；3）過度充電時可提供足夠的安全性；4）提供較好的力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性可以認(rèn)為，聚乙烯、聚丙烯膜由于其特殊結(jié)構(gòu)與性能，它們作為離子電池隔膜的地位不會動搖，除非真正的不含液體的聚合物電解質(zhì)出現(xiàn)2鋰離子電池隔膜的制備方法鋰離子電池隔膜的制備方法主要有熔融拉伸（MSCS）和熱致相分離（TIPS）兩大類方法由于MSCS法不包括任何的相分離過程，其工藝相對簡單且生產(chǎn)過程中無污染，目前世界上大都采用此方法進(jìn)行生產(chǎn)，如日本的宇部三菱、東燃及美國的塞拉尼斯等TIPS法的工藝比MSCS法復(fù)雜，需加入和脫除稀釋劑，因此生產(chǎn)費(fèi)用相對較高且可能引起二次污染，目前世界上采用此法生產(chǎn)隔膜的有日本的旭化成美國的Akzo和3M公司等2.1熔融擠出拉伸熱定型法熔融擠出拉伸熱定型法的制備原理是聚合物熔體在高應(yīng)力場下結(jié)晶，形成具有垂直于擠出方向而又平行排列的片晶結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過熱處理得到所謂硬彈性材料具有硬彈性的聚合物膜拉伸后片晶之間分離，并出現(xiàn)大量微纖，由此而形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過熱定型即制得微孔膜。備工藝，拉伸溫度高于聚合物的玻璃化溫度而低于聚合物的結(jié)晶溫度，如吹塑擠壓成型的聚丙烯薄膜經(jīng)熱處理得到硬彈性薄膜，先冷拉6%~3（%，然后在120°C~150°C之間熱拉伸8（%~150%，再經(jīng)過熱定型即制得穩(wěn)定性較高的微孔）膜美國專利介紹了制膜另一種拉伸工藝，拉伸是在極低的溫度如-198°C~-70°C進(jìn)行的，然后在溫度低于聚合物熔化溫度的5°C~60°C熱固定，再在聚合物熔化溫度以下10/min的速度拉伸，由此制得微孔膜熔融擠出拉伸熱定型法的工藝較簡單且無污染，是鋰離子電池隔膜制備的常用方法，但是該法存在孔徑及孔隙率較難控制等缺點(diǎn)2.2添加成核劑共擠出拉伸熱固定法添加成核劑共擠出制成含固體添加物的膜，固體添加物以亞微米級粒徑均勻分布在聚合物相中，由于拉伸時應(yīng)力集中出現(xiàn)相分離而形成微孔膜，徐懋等介紹了一種聚丙烯微孔膜的制法，雙軸拉伸含有大量U晶型的聚丙烯膜，然后熱固定即得，其孔徑為0.40%，膜在所有方向的強(qiáng)度一致，約60MPt70MPa由于U晶型的聚丙烯形態(tài)是由捆束狀生長的片晶組成，球晶的致密程度較低，因此晶片束之間的非晶區(qū)很容易被拉開而形成微銀紋或微孔添加成核劑后，由于結(jié)晶結(jié)構(gòu)變得松散，拉伸時容易成孔，無污染，是一值得注意的方法。

2.3熱致相分離法備微孔膜的方法，它是利用高聚物與某些高沸點(diǎn)的小分子化合物在較高溫度1般高于聚合物的熔化溫度Tm）時，形成均相溶液，降低溫度又發(fā)生固液或液頓相分離，這樣在富聚合物相中含有添加物相，而富添加物相中又含有聚合物相，拉伸后除去低分子物則可制成互相貫通的微孔膜材料熱致相分離法可以較好地控制孔徑及孔隙率，缺點(diǎn)是需要使用溶劑，可能產(chǎn)生污染，提高成本3鋰離子電池隔膜的結(jié)構(gòu)與性能3.1孔隙率Fig.1為典型的商品膜的孔隙率圖，可見，大多數(shù)鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%~50%之間，其中有些商品隔膜（如表面用表面活性劑處理）其孔隙率低于30%，也有的隔膜孔隙率較高，可達(dá)6（%左右。

高性能的鋰離子電池主要依賴于隔膜中所填充液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性鋰離子電池的非水液體電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)率一般在1a2s/cm~lCT1S/cm范圍內(nèi)，盡管隔膜能有效地阻止正負(fù)極之間短接，同時可降低正負(fù)極之間的距離，從而相應(yīng)地降低了電池的阻抗但它的存在導(dǎo)致電解質(zhì)液中的有效離子傳導(dǎo)率下降，增加了電池的阻抗，有的隔膜甚至可以導(dǎo)致離子傳導(dǎo)率下降一至二個數(shù)量級。

原則上，對于一定的電解質(zhì)，具有高孔隙率隔膜可降低電池的阻抗，但是孔隙率并不是越高越好，孔隙率越高，它們的抗力學(xué)性能及抗開孔性能變差即使孔隙率及厚度一致，其阻抗也可能不相同，這是由于孔的貫通性差別所致―種非揮發(fā)性的含氟有機(jī)液體）作介質(zhì)，測定了不同商品化的鋰離子電池隔膜的壓力與氣體流動速率的關(guān)系曲線，測定結(jié)果認(rèn)為：商品膜的孔徑一般在0.0.12Fm，同時認(rèn)為大多商品膜的最大孔徑與平均孔徑分布差別低于0.01Pm，這表明孔徑分布較窄，隨著隔膜越來越薄，如25Mm甚至更低（因?yàn)楦裟ぴ奖?，可提高能量密度及降低電池的阻抗），亞微米級孔徑對于防?a href="http://m.newssweekly.com" style="color:#a98326">鋰電池的正負(fù)極短路是極其重要的。

孔徑的大小及分布與微孔膜的制備方法有關(guān)，在熔融擠出拉伸熱定型方法中，與熔融擠出的溫度、應(yīng)力、冷卻條件及拉伸條件等有很大的關(guān)系。而在熱致相分離方法中，其孔徑的大小及分布與添加的第二組分的數(shù)量、擠出溫度及拉伸條件有關(guān)在熔融擠出（加入成核劑）拉伸熱定型的方法中除了與工藝條件有關(guān)外，很明顯還與加入成核劑的種類及數(shù)量有關(guān)。

3.3透氣率透氣率是透氣膜的一種重要的物化指標(biāo)，它是由膜的孔徑大小、孔徑分布、孔隙率等決定的G.Venagopa，另外由于充電器失靈、安全電流失靈等將導(dǎo)致過度充電經(jīng)常發(fā)生，鋰離子電池在過度充電時竹當(dāng)溫度接近聚合物熔點(diǎn)時，多孔的離子傳導(dǎo)的聚合物膜變成了無孔的絕緣層，微孔閉合而產(chǎn)生自關(guān)閉現(xiàn)象這時，阻抗明顯上升，通過電池的電流也受到限制，因而可防止由于過熱而引起的爆炸等現(xiàn)象大多數(shù)聚烯烴隔膜由于其熔化溫度低于200°C，如聚乙烯隔膜的自閉溫度為130~140°C，而聚丙烯隔膜的自閉溫度為170°C左右，當(dāng)然在某些情況下，即使已經(jīng)“自閉'電池的溫度可―續(xù)升因此要求隔膜耐更高的溫度及足夠高的強(qiáng)度，近年來發(fā)展起來的PP與PE夾層膜，由于PP/PE/PP多層隔膜提供了較低的自閉溫度，如80°C~120°C，同時又保持其強(qiáng)度，其安全性要比只用單層膜要妊復(fù)合多層成為目前研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

Fig.2為含聚烯烴隔膜的鋰離子電池升溫時，其阻抗與溫度的關(guān)系。圖中（a）為采用單層PP隔膜的鋰離子電池，在溫度為165°C時阻抗明顯升高約2個數(shù)量級，但是其阻抗仍然不較高，在此情形下仍有可能繼續(xù)充電而導(dǎo)致安全問題；（h）為PE隔膜，其自閉溫度為135C，此時阻抗約升高3個數(shù)量級，由此可看出PE具有較低的關(guān)閉溫度及高的阻抗；（c）為PP/PE/PP多層隔膜，可見其自閉溫度寬，且自閉時阻抗較高，在鋰離子電池中使用較安全，因此多層復(fù)合隔膜既具有一定的強(qiáng)度又具有較低的自閉溫度，較適合作為鋰離子電池隔膜。值得指出的是，并不是所有的隔膜都具有相同的關(guān)閉行為，其關(guān)閉能力與聚合物的分子量、結(jié)晶度、加工歷史等有關(guān)。

3.5力學(xué)性能對鋰離子電池隔膜強(qiáng)度的要求較高，一般而言孔隙率較高，盡管其阻抗較低，其強(qiáng)度卻要下降，采用單軸拉伸時，膜在拉伸方向與垂直拉伸方向強(qiáng)度不同，典型的鋰電池隔膜在拉伸方向強(qiáng)度為~50N，而橫向方向的強(qiáng)度為~5N采用雙軸拉伸制備的隔膜其強(qiáng)度在兩個方向上基本一致如日本東燃公司的隔膜就是采用雙軸拉伸制備的。

綜上所述可知，多層隔膜既具有一定的強(qiáng)度又具有較低的自關(guān)閉溫度，較適合作為鋰離子電池隔膜固體聚合物電解質(zhì)在鋰離子電池中作為電解質(zhì)的同時還可起隔膜的作用，是一很有前途的鋰離子電池隔膜材料。