锂离子电池用聚烯烃隔膜的改性

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锂离子电池隔膜的研究进展锂离子电池作为一种重要的储能技术，已经广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。

而隔膜作为锂离子电池中的关键组件之一，对于电池的性能和安全性具有重要影响。

随着对于高能量密度和高安全性的要求不断提高，锂离子电池隔膜的研究也取得了许多进展。

本文将从材料设计、结构优化和功能改进几个方面介绍锂离子电池隔膜的研究进展。

首先，材料设计是锂离子电池隔膜研究中的关键问题。

隔膜要求具有较高的离子输运率和机械强度，以及良好的耐化学和热稳定性。

传统的锂离子电池隔膜一般采用聚烯烃材料，如聚丙烯、聚乙烯等。

近年来，研究人员通过添加纳米材料、共聚物改性等方法，使得隔膜的性能得到了显著提升。

例如，石墨烯作为一种优异的二维材料，具有高导电性和机械强度，可以用于增强隔膜的导电性和力学性能。

另外，也有研究采用多孔结构、纳米纤维等新型材料来设计隔膜，以提高其离子传输速率和机械强度。

其次，结构优化是另一个重要的研究方向。

传统的锂离子电池隔膜一般为单层结构，隔膜厚度约为10-20μm。

然而，随着电池能量密度的提高，对于隔膜的厚度也提出了更高要求。

因此，研究人员开始尝试设计多层薄膜结构的隔膜，以增加其机械强度和离子传输通道。

例如，研究人员采用层叠结构的隔膜，通过交叉叠放多层薄膜，提高了隔膜的厚度和力学强度。

另外，还有一些研究采用斜纤维结构、多级孔结构等方式来优化隔膜的结构，以提高其离子传输通道和抗击穿性能。

最后，功能改进也是锂离子电池隔膜研究的重要方向之一、随着对电池的高安全性要求的提高，研究人员开始关注隔膜自熄性能和耐热性能的改进。

一些研究采用添加无机材料、阻燃剂等方式，改善隔膜的自熄性能，提高电池的安全性。

另外，也有研究关注隔膜的耐高温性能，采用热稳定性较好的材料和结构设计来提高锂离子电池的耐高温性能。

总的来说，锂离子电池隔膜的研究进展主要体现在材料设计、结构优化和功能改进几个方面。

未来随着研究人员对电池性能和安全性要求的不断提高，锂离子电池隔膜的研究还将取得更多的进展。

锂离子电池隔膜的研究进展一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护压力的加大，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存与转换装置，在电动汽车、便携式电子产品以及可再生能源系统等领域的应用越来越广泛。

而作为锂离子电池中的关键组件之一，隔膜的性能对电池的安全性和电化学性能具有重要影响。

因此，对锂离子电池隔膜的研究进展进行综述，对于推动锂离子电池技术的进一步发展具有重要意义。

本文首先介绍了锂离子电池隔膜的基本结构和功能，阐述了隔膜在电池中的作用及其重要性。

然后，重点回顾了近年来锂离子电池隔膜在材料、结构和制备工艺等方面的研究进展，包括无机隔膜、有机隔膜和复合隔膜等不同类型的隔膜材料，以及纳米技术、表面改性等先进制备工艺的应用。

本文还讨论了锂离子电池隔膜研究面临的主要挑战和未来发展趋势，如提高隔膜的机械强度、热稳定性和离子透过性等。

通过综述锂离子电池隔膜的研究进展，本文旨在为相关领域的研究人员提供全面的参考和借鉴，促进锂离子电池技术的不断创新和发展，为推动可持续能源利用和环境保护做出贡献。

锂离子电池隔膜是电池内部的一种关键组件，其主要功能是在正负极之间提供一个物理屏障，防止电池在工作过程中发生短路和燃爆。

隔膜还需要允许电解液中的离子通过，以保证电池的正常充放电过程。

隔膜的材料通常需要具备良好的化学稳定性、高的机械强度、优秀的热稳定性和低的离子电阻。

目前，商业化的锂离子电池隔膜主要由聚烯烃材料（如聚乙烯、聚丙烯）制成，这些材料在电解液中具有良好的化学稳定性。

一些先进的隔膜还采用了多层结构、纳米涂层、陶瓷涂覆等技术，以提高其性能。

隔膜的性能对锂离子电池的性能有重要影响。

理想的隔膜应该具有高的孔隙率、合适的孔径和孔径分布，以提供足够的离子通道。

同时，隔膜的厚度、机械强度、热稳定性等也需要与电池的其他组件相匹配，以保证电池的安全性和长寿命。

近年来，随着锂离子电池在电动汽车、储能系统等领域的大规模应用，对隔膜的性能要求也越来越高。

关于锂离子电池聚烯烃隔膜综述摘要：锂离子电池越来越广泛的应用于生活中的各个方面，锂离子电池中的微孔隔膜更因为其重要的作用而越来越多被人们关注。

首先介绍锂电池的工作原理和结构，然后综述锂离子聚烯烃隔膜的主要作用和性能，重点介绍其制备方法以及它存在的多种特性，这些特性对电池性能和安全性的影响，同时介绍关于隔膜的改性研究状况和新型电池隔膜的发展，最后，从技术和市场两个方面分析聚烯烃隔膜现在的状况以及将来的发展趋势。

关键词：锂离子电池，聚烯烃隔膜，改性，发展引言：锂离子电池因为具有单体电池工作电压高，比能量大，循坏寿命长，自放电小，无公害，无记忆效应广泛英语于手机、便携式设备、汽车、航空、科研、娱乐和军事等现代电子领域，并逐步取代传统电池。

聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相溶性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。

又因为其价格低廉，有较好的机械强度和化学稳定性，用该原料制作的隔膜广泛的应用在锂离子电池中。

[1][2][3]一、锂离子电池工作原理和结构锂离子电池的工作原理就是其充放电原理。

电池在充电时，电池的正极产生锂离子，锂离子通过电解质运动到负极嵌入负极的碳层微孔中，负极嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

同理，电池放电时，嵌在负极碳层的锂离子脱出，又通过电解质运动回到正极，回到正极的锂离子越多，放电的容量越高。

锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。

因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极发生“嵌入—脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以锂离子电池又被成为“摇椅电池”或“摇摆电池”。

锂离子电池工作原理图圆柱形锂离子电池结构图锂离子电池与锂电池在原理上的相同之处是：在两种电池中都采用了一种能使锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为正极，采用一种有机溶剂—无机盐体系作为电解质。

不同之处是：在锂离子电池中采用使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极。

湿法制备锂离子电池隔膜的高性能化改性研究作者：朱宝库李浩石俊黎，等来源：《新材料产业》 2013年第1期■ 文/ 朱宝库李浩石俊黎张宏梁治樱浙江大学高分子科学与工程学系锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、质量轻、无记忆效应等特性，以及快速充放电等优点，因此成为近年来新型电源技术研究的热点，在高能量和高功率领域备受关注。

作为锂离子电池的核心材料之一，隔膜的主要功能是使电池的正、负极分隔开来，阻止电子通过。

隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命和电池安全性能的好坏。

隔膜越薄、孔隙率越高、电池内阻越小，其高倍率放电性能就越好。

锂离子电池隔膜所具备的性能包括：①具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离；②有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性；③耐电解液腐蚀，电化学稳定性好；④对电解液的浸润性好，并具有足够的吸液保持能力；⑤具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸强度等，但厚度尽可能薄；⑥空间稳定性和平整性好；⑦热稳定性和自动关断保护性能好。

目前，在锂离子二次电池中广泛使用的隔膜主要为聚烯烃微孔膜，这种隔膜的化学结构稳定，力学强度优良，电化学稳定性好。

聚烯烃隔膜的生产工艺可分为干法和湿法2大类。

干法过程是先将聚烯烃树脂熔融并挤压成薄膜，退火处理以增加片状晶区的尺寸和数量，然后经精确的机械拉伸形成紧密排列的微孔。

湿法又称相分离法或热致相分离法，是将高沸点的烃类液体或低分子量的聚合物与聚烯烃树脂混合，加热熔化混合物后将熔体铺在载体上，然后通过降温发生相分离，再以纵向或双向对薄片做取向处理，最后再用易挥发的试剂萃取出隔膜中的溶剂。

湿法工艺可制备出具有相互贯通孔结构的微孔膜材料，具有适用材料广的优点。

其中，湿法双向拉伸方法目前主要用于单层聚乙烯（P E）隔膜的生产，制备出的隔膜在横向和纵向上同时具备较高的强度。

相对干法而言，湿法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透气性，能够满足动力电池的大电流充放电要求。

关于锂电池聚烯烃类隔膜的学习汇总1 相关概念介绍MD：纵向/机械方向；Machine DirectionTD：横向/垂直于机械方向；Transverse Direction干法：干法成膜主要是将隔膜原材料和成膜添加剂混合，通过熔融挤出的方法形成片晶的结构，然后进行退火处理而得到干法隔膜；湿法：湿法工艺利用热致相分离的原理，将增塑剂如石蜡油一类的物质与聚烯烃树脂混合熔融形成均匀的混合物，保温一定时间用溶剂将增塑剂从薄膜中萃取出来，从而制得相互贯通的亚微米尺寸的微孔膜材料；单向拉伸：晶片拉伸（适用于干法）；单拉是将聚烯烃树脂熔融得到均匀溶体，在一定拉伸应力下挤出，形成片晶结构的薄膜；之后将薄膜在较低温度下进行拉伸，形成缺陷晶体，高温下再次拉伸，分离缺陷处片晶结构，形成多孔结构薄膜；双向拉伸：晶型转换，纵向拉伸：利用β晶受拉伸应力易成孔的特性来制孔；横向拉伸:在较高的温度下对样品进行横向拉伸以扩孔，同时提高空袭尺寸分布的均匀性；（适用于干法及湿法）；2 聚烯烃隔膜简介当前国内外市场上，应用范围最广的锂离子电池隔膜主要是以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）为主的聚烯烃隔膜；包括单层PE、单层PP 以及三层 PP/PE/PP 复合膜。

此类隔膜具有优异的机械性能、良好的化学稳定性，且成本低廉等特点，但PE 隔膜的熔点比较低，所以其闭孔温度也较低，因此也导致其熔融破膜温度过低的弊端。

PP 隔膜的特点则与PE 隔膜正好相反，PP 隔膜的熔断破膜温度相对较高，但是这也导致了其闭孔温度偏高的弊端，其中PP/PE/PP这种隔膜通过三层共挤技术进行流延基膜的生产，它既有普通干法单拉 PP 隔膜的高孔径均匀性和高熔断温度，又拥有湿法 PE 隔膜低闭孔温度的优势，使得电池的安全性能得到提升。

聚烯烃隔膜生产制造工艺主要有两种：干法（包括单向拉伸和双向拉伸）和湿法（双向拉伸），具体原理在上述相关概念介绍内已有提及，下面做具体介绍：干法是通过无溶剂的制备方法大规模生产聚烯烃隔膜。

Study on Modification of Polyolefin Diaphragm in
Lithium Ion Battery
作者： 袁玉玲[1]
作者机构： [1]山东华太新能源电池有限公司,山东临沂276032
出版物刊名： 化工管理
页码： 83-84页
年卷期： 2021年 第20期
主题词： 锂离子电池;隔膜;聚烯烃;润湿性能
摘要：锂离子电池凭借其优异的特性得到迅速发展,在锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一,其采用塑料膜制成,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有非常重要的作用.聚烯烃类材料因具有优异的力学性能和化学稳定性等优点成为了商业化的隔膜材料之一.然而,聚烯烃类隔膜的性能还有待于进一步提高.文章研究了一种聚烯烃隔膜的改性方法,增加了聚烯烃类隔膜对电解液的润湿性能,进而提高了由其制备的锂离子电池的安全性能,解决了聚烯烃隔膜亟待解决的难题.。

聚烯烃锂电隔膜表面改性技术研究进展摘要：随着锂电池行业的广泛应用，聚烯烃隔膜由于其具有较好的加工性能，并且成本相对较低，因此应用率较高。

但是在应用过程中发现聚烯烃隔膜的极性相对偏低，并且熔融温度较低，因此具有热稳定性较差等应用问题，不利于广泛推广应用。

研究发现，利用表面改性可以有效改善上述不足以此加强应用率，本文以此深入探讨聚烯烃隔膜表面改性技术，通过回顾性分析的方式探讨该领域的研究进展。

关键词：锂离子电池；聚烯烃；隔膜；表面改性；研究进展[收稿日期] 2022年4月2日[作者简介] 秦小磊(1990-)，男，海南临高人，本科，主要研究方向为高分子材料加工与改性。

众所周知，磷酸铁锂在我国被广泛用作动力锂离子电池的正极材料。

来自政府、科研机构、企业甚至证券公司的市场分析人士对这种材料持乐观态度，并将其作为动力锂离子电池的发展方向。

另外，三元聚合物锂电池是指采用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池。

锂离子电池的正极材料有很多种，主要有锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、三元材料、磷酸铁锂等。

除了锂电池，铅酸电池也是一种非常重要的电池系统。

铅酸蓄电池的优点是放电时电动势相对稳定，缺点是比能量（单位重量储存的电能）小，对环境腐蚀性强。

此外，燃料电池是一种电化学电池，通过氧化还原反应将燃料和氧化剂的化学能转化为电能。

最后，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，由于固态电池的高功率和重量，它是电动汽车的理想电池。

1聚烯烃概述近些年来，绿色环保理念已经深入各行各业，而锂离子电池由于其在使用过程中具有较好的应用优势在我国的不同领域得到较为广泛的应用，在应用过程中，不仅工作电压相对较高，并且可循环使用具有较长的使用寿命。

在应用率不断提高的同时锂电池隔膜的相关研究也逐渐受到学者们的重视。

在众多种类的锂电池隔膜中聚烯烃隔膜应用率相对较高，该种材质的隔膜在加工过程中体现出较好的性能，并且经济成本相对较低，因此在锂电池行业的加工过程中颇受青睐，现阶段已经成为锂离子电池隔膜的最主要产品。

锂离子电池用聚烯烃微孔膜的拉伸工艺及表面涂覆改性研究隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,是决定电池的性能,特别是安全性的关键因素之一。

聚烯烃材料,包括聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）由于其优良的成膜性和化学稳定性,被广泛应用于隔膜生产中。

但由于国外对其生产技术的封锁,使得隔膜研发的难度较大。

虽然最近几年国内的隔膜产品已经有了较大的进步,但是大多集中在中低端市场,在隔膜的制备工艺及涂覆改性方面,缺乏关键核心技术的突破,难以同国外产品形成有力的竞争。

因此,急需在锂离子电池用聚烯烃隔膜的制备工艺及涂覆改性方面,开展相关的应用基础研究,为隔膜的高性能化工艺改进提供基础理论和技术支撑。

1.多孔性是对隔膜的最基本要求之一,而聚丙烯的晶型对其后续拉伸过程孔的形成具有决定作用,如何得到高β晶含量的聚丙烯,是制备具有合适孔径分布的微孔膜的关键。

一般通过加入一定的成核剂来调节聚丙烯的晶型和结晶度。

本文首先从理论计算结合实验分析的角度,优选了最佳的成核添加剂,并确定了其加工温度范围,为下一步制备适合拉伸成膜的聚丙烯粒料提供工艺指导:采用等温和非等温动力学方程,结合差式扫描热分析（DSC）技术,分析了纳米碳酸钙、N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺（TMB）、邻苯二甲酸和苯甲酸钠4种成核剂应用于等规聚丙烯的加工温度范围和成核剂效率。

结果表明,在127℃下,TMB改性的聚丙烯结晶速度最快并且结晶度最大,此时得到的聚丙烯中β晶含量最高。

2.以等规聚丙烯为原料,TMB为添加剂制备聚丙烯微孔膜,讨论了TMB的添加量、拉伸温度和拉伸倍率对聚丙烯微孔膜平均孔径、孔径分布、孔隙率的影响。

结果表明,当TMB含量为0.5%时,β晶含量最高为63.9%,而高的β晶的含量使聚丙烯晶体中的缺陷增多,更容易得到孔隙率高的微孔膜。

当拉伸倍率一定时,拉伸温度的升高使得聚丙烯微孔膜的平均孔径变大,透气性增大。

当拉伸温度一定时,拉伸倍率增大,聚丙烯微孔膜平均孔径和孔隙率呈现先增大后降低的趋势。